УСТРОЙСТВО ЗАРЯДКИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ ИЗВЕЩАТЕЛЯ ПОЖАРООПАСНОЙ СИТУАЦИИ Российский патент 2007 года по МПК A62C39/00 G08B17/00 

Устройство относится к области аэрозольной измерительной техники и предназначено для формирования потока заряженного аэрозоля в импульсном коронном разряде в пожарных извещателях зарядно-индукционного типа, которые могут широко использоваться в больницах, музеях, архивах, банках, электронных и энергетических комплексах, барокамерах и других объектах.

Пиролиз материалов, проходящий при низких температурах до появления открытого пламени, сопровождается выделением, в первую очередь, высокодисперсных аэрозольных частиц размером менее 0,1 мкм [1]. Непрерывный контроль за изменением спектра распределения аэрозольных частиц в указанной области позволяет зарегистрировать возникновение пожароопасной ситуации.

Известны зарядные устройства в извещателях зарядно-индукционного типа, состоящие из газохода и установленных в нем соосно и последовательно по потоку газа камеры коронного разряда и зарядной камеры [2]. Эти устройства бывают двух типов: раздельные и совмещенные. В совмещенных зарядных устройствах камера коронного разряда одновременно выполняет функцию зарядной камеры. В раздельных - зарядная камера является самостоятельным конструктивным элементом, в котором напряженность поля в зоне зарядки аэрозольных частиц не зависит от напряженности поля камеры коронного разряда, и зарядка аэрозольных частиц осуществляется в низкопотенциальном электрическом поле.

В совмещенных зарядных устройствах в процессе формирования потока заряженных аэрозольных частиц в сильном электрическом поле камеры коронного разряда происходит осаждение частиц, обладающих высокой электрической подвижностью.

Недостатком этих зарядных устройств является невозможность создания потока заряженных аэрозольных частиц без существенных искажений в спектре распределения частиц по размерам вследствие потерь за счет их осаждения.

Известны зарядные устройства раздельного типа с низкопотенциальным электрическим полем - так называемые камеры Хюита [3]. Камера коронного разряда устанавливается вне потока газа, и газовые ионы, образующиеся в камере, попадают в поток газа за счет электрического поля осадительного электрода, силовые линии которого перпендикулярны оси газохода. Аэрозольные частицы, проходя через поток газовых ионов, направленный поперек потока газа, приобретают электрический заряд, пропорциональный их размеру и напряженности электрического поля в зоне зарядки.

Недостатком этих зарядных устройств является невозможность использования потока газовых ионов в качестве побудителя расхода газа за счет пондеромоторной силы, возникающей при коронном разряде. Пондеромоторная сила - это сила, действующая в электрическом поле на заряженный объем жидкости или газа, которая пропорциональна напряженности электрического поля и заряду этого объема.

Известны совмещенные зарядные устройства, использующие зарядную камеру коронного разряда типа игла-цилиндр [5], [6]. Они состоят из центрального электрода - иглы, острие которой направлено по оси газохода, и наружного электрода - цилиндра, диаметр которого равен диаметру газохода. Такая конструкция позволяет использовать пондеромоторную силу для создания потока заряженных аэрозольных частиц вдоль оси газохода.

Недостатком этих устройств является большое по величине электрическое поле, необходимое для зажигания короны, в котором происходит зарядка аэрозольных частиц, и неизбежны значительные потери за счет осаждения высокодисперсных частиц, обладающих высокой электрической подвижностью. При использовании такой зарядной камеры не устраняется снос газовых ионов с коронирующего электрода - иглы, суммарный заряд которых может превышать суммарный заряд аэрозольных частиц при их низкой концентрации.

Наиболее близким по технической сущности решением является устройство зарядки аэрозольных частиц извещателя пожароопасной ситуации [7], в котором за счет конструктивных решений создается низкопотенциальное электрическое поле в зоне зарядки аэрозольных частиц.

Устройство состоит из установленных в газоходе последовательно по потоку газа камеры коронного разряда в виде двух коаксиальных электродов типа игла-цилиндр и осадительного электрода, подключенных к источнику высокого напряжения. Центральный электрод камеры коронного разряда - игла, обращен к осадительному электроду, а наружный электрод выполнен в виде цилиндра диаметром, меньшим диаметра газохода.

В камере коронного разряда создается электрическое поле, напряженность которого обеспечивает зажигание короны на острие иглы. Образующийся при этом поток заряженных газовых ионов двигается по силовым линиям электрического поля. Одна часть ионов попадает на наружный электрод камеры коронного разряда, другая, проходя через зону зарядки, попадает на осадительный электрод. Поток газовых ионов создает пондеромоторную силу, приводящую в движение поток газа в газоходе. Соотношение площадей сечения наружного электрода камеры коронного разряда и осадительного электрода обеспечивает суммарные потери высокодисперсных частиц не более 10%. Основная часть аэрозольных частиц, двигаясь в потоке по газоходу, проходит через зону зарядки, образованную наружным электродом камеры коронного разряда и осадительным электродом, приобретает электрический заряд, пропорциональный их размеру и напряженности электрического поля в зоне зарядки.

Недостатком известного устройства-прототипа является наличие существенного искажения суммарного заряда аэрозольных частиц, приобретаемого ими в зоне зарядки. Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства-прототипа, является снос газовых ионов, особенно под воздействием внешнего воздушного потока. Пожарные извещатели должны сохранять свои технические характеристики при работе в воздушных потоках со скоростями до 1 м/с [8], [9].

Это обусловлено тем, что силовые линии электрического поля, по которым двигается поток газовых ионов, замыкаясь с центрального электрода - иглы на наружный электрод камеры коронного разряда и осадительный электрод, образуют расходящуюся воронку. Такая конфигурация электрического поля способствует сносу газовых ионов, особенно при потухании короны во время наступления паузы импульсного коронного разряда.

Внешний поток воздуха, попадая в пожарный извещатель, увеличивает снос газовых ионов и дополнительно искажает суммарный заряд аэрозольных частиц.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство зарядки аэрозольных частиц извещателя пожароопасной ситуации, является изменение конфигурации электрического поля устройства зарядки аэрозольных частиц таким образом, чтобы, сохранив низкую напряженность поля в зоне зарядки, исключить возможность сноса газовых ионов потоком газа из зоны зарядки, в том числе под воздействием внешних воздушных потоков.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является повышение достоверности определения пожароопасной ситуации.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство зарядки аэрозольных частиц извещателя пожароопасной ситуации, содержащее установленные в газоходе соосно и последовательно по потоку газа камеру коронного разряда типа игла-цилиндр в виде двух электродов (центрального и наружного) и осадительный электрод, подключенные к источнику напряжения, центральный электрод "игла" направлен острием в сторону осадительного электрода, площадь внутреннего сечения наружного электрода меньше площади сечения осадительного электрода, причем для повышения достоверности определения пожароопасной ситуации по оси газохода установлен дополнительный электрод, подключенный к источнику напряжения.

Введение дополнительного электрода в устройство зарядки аэрозольных частиц извещателя пожароопасной ситуации приводит к изменению конфигурации электрического поля зарядного устройства, что при сохранении низкой напряженности поля в зоне зарядки исключает возможность сноса газовых ионов потоком газа из зоны зарядки. Это предотвращает появление искажений в спектре распределения частиц по размерам вследствие потерь за счет их осаждения и предотвращает искажение суммарного заряда аэрозольных частиц за счет сноса газовых ионов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявленного устройства зарядки аэрозольных частиц извещателя пожароопасной ситуации, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

В настоящее время авторам неизвестны устройства, которые позволяли бы обнаружить пожароопасную ситуацию на самых ранних стадиях ее развития, задолго до появления открытого пламени, обеспечивая при этом высокую чувствительность в широком диапазоне размеров частиц.

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует "изобретательскому уровню".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где дана структурная схема заявляемого устройства, которое содержит газоход 1, наружный электрод 2 камеры коронного разряда, электрически соединенный с корпусом газохода и выполненный диаметром, меньшим диаметра осадительного электрода. Центральный электрод "игла" 3, осадительный электрод 4 и дополнительный электрод 5 установлены по потоку газа и присоединены к источнику напряжения 6, причем центральный электрод "игла" 3 обращен острием к осадительному электроду 4, а дополнительный электрод 5 установлен по оси газохода после осадительного электрода.

Устройство работает следующим образом. В камере коронного разряда, образованной электродами 2 и 3, создается электрическое поле, напряженность которого обеспечивает зажигание короны на острие электрода 3. Образующийся при этом поток заряженных газовых ионов движется по силовым линиям поля. Одна часть газовых ионов попадает на наружный электрод камеры коронного разряда 2, двигаясь по силовым линиям электрического поля, замыкающимся на этот электрод с электрода 3. Другая часть ионов, которая двигается по силовым линиям электрического поля, замыкающимся с электрода 3 на осадительный электрод 4 и дополнительный электрод 5, попадает на них, проходя через зону зарядки, образованную электродами 3, 4 и 5. Поток ионов создает механическую силу, приводящую в движение поток газа в цилиндрическом электроде 2, который за счет инжекции подсасывает газ из зоны, образованной газоходом 1 и электродом 2. Соотношение площадей сечения наружного электрода 2 и осадительного электрода 4 выбирают таким образом, чтобы обеспечить потери высокодисперсных частиц за счет их осаждения как в зоне зарядки между электродами 2 и 4, так и в камере коронного разряда не более 10%.

Для того, чтобы вылетающие из камеры коронного разряда газовые ионы не оставались в потоке газа, покидающем зону зарядки, и не искажали результат измерения приобретенного заряда аэрозольных частиц, осуществляется их удаление электрическим полем, образованным осадительным электродом 4, дополнительным электродом 5 и электродом "игла" 3.

На дополнительный электрод 5 подают потенциал, противоположный по знаку потенциалу на электроде "игла". Такое подключение изменяет конфигурацию силовых линий электрического поля вблизи оси газохода. При этом силовые линии замыкаются на дополнительный электрод 5, направляя на него газовые ионы.

Таким образом, основная часть аэрозольных частиц, двигаясь в потоке по газоходу 1, проходит через зону зарядки, образованную осадительным электродом 4 и электродами 2 и 3, и приобретает электрический заряд, пропорциональный их размеру и напряженности электрического поля между электродами 4, 2 и 3. Газовые ионы, имеющие подвижность, большую по сравнению с заряженными аэрозольными частицами, выводятся из потока по силовым линиям электрического поля, замыкающимся на осадительный 4 и дополнительный 5 электроды.

При этом пондеромоторная сила используется для создания потока заряженных аэрозольных частиц, зарядка осуществляется в низкопотенциальном поле, а газовые ионы гарантированно выводятся из потока заряженного аэрозоля.

Как следует из вышеизложенного, достижение технического результата повышения достоверности определения пожароопасной ситуации обеспечивается за счет создания условий зарядки аэрозольных частиц, при которых отсутствуют искажения распределения аэрозольных частиц за счет их осаждения и отсутствуют искажения объемного заряда, обусловленные сносом газовых ионов. Сопоставление параметров, характеризующих заявляемое изобретение и прототип, позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство обеспечивает высокую чувствительность в широком диапазоне размеров частиц и дает возможность обнаружить пожароопасную ситуацию на самых ранних стадиях ее развития, задолго до появления открытого пламени.

Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявляемого устройства следует отметить также дополнительные его достоинства, которые позволяют с помощью заявляемого устройства создать высокочувствительный, обладающий высокой достоверностью пожарный извещатель зарядно-индукционного типа, без механического побудителя расхода газа, что безусловно увеличит его долговечность и снизит энергопотребление.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявляемого изобретения выполняются следующие условия:

- средство, воплощающее устройство-изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в аэрозольной измерительной технике, а именно в дымовых пожарных извещателях зарядно-индукционного типа, определяющих возникновение пожароопасной ситуации по изменению спектра распределения частиц по размеру и скорости нарастания концентрации высокодисперсной фракции аэрозоля (дыма);

- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость"

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. В.А.Алексеев, О.В.Косовцев, В.Л.Чигарев, B.C.Григорьев. "О физической модели образования аэрозольных частиц при гермоокислительной деструкции полимерных материалов. Методы и приборы биоинформации и контроля окружающей среды: Межвузовский сборник". ЛИАП, 1981, вып.150, с.20-23.

2. И.Б.Верещагин, В.И.Левитов, Г.З.Мирзабекян, М.М.Пашин. "Основы электрогазодинамики дисперсных систем". М., Энергия, 1974.

3. А.С. 1182557, МКИ G 08 В 17/00. "Способ обнаружения пожароопасной ситуации". Б.И.Попов, А.И.Дормидонов, В.С.Григорьев, В.И.Евдокимов. Заявлено 17.04.84. Опубл. Бюл. № 36. 2 с.: ил.

4. А.А.Денисов, B.C.Нагорный. "Электрогидро- и электрогазодинамические устройства автоматики". - Л.: Машиностроение, 1979.

5. А.С. 340942, МКИ G 01 №15/02. "Способ измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля". А.А.Подольский, Б.Н.Пустошкин, В.В.Румянцев, В.И.Турубаров. Заявлено 30.01.70 г. Опубл. БИ № 18, 1972 г.

6. А.С. 523333, МКИ G 01 N 15/00. "Устройство для непрерывного измерения запыленности газов". Б.Ю.Кольцов, Б.И.Попов, В.В.Румянцев, В.И.Турубаров. Заявлено 26.03.75. Опубл. БИ № 28, 1976 г.

7. А.С. 1786496, МКИ G 08 В 17/00. "Устройство зарядки аэрозольных частиц извещателя пожароопасной ситуации". B.C.Григорьев, Л.А.Нейман, А.А.Трусов. Заявлено 12.07.89. Опубл. БИ № 1, 1993 г.

8. МВД РФ Государственная противопожарная служба. Нормы пожарной безопасности. Извещатели пожарные дымовые оптикоэлектронные. Общие технические требования. Методы испытаний. (НПБ 65-97) М.; 1997 г.

9. ГОСТ 22522-92 Государственный стандарт СССР. Извещатели радиоизотопные пожарные. Общие технические условия. Дата введения 01.02.92 г.

Устройство относится к области аэрозольной измерительной техники и предназначено для формирования потока заряженного аэрозоля в импульсном коронном разряде в пожарных извещателях зарядно-индукционного типа, которые могут широко использоваться в больницах, музеях, архивах, банках и электронных и энергетических комплексах, барокамерах и других объектах. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение достоверности определения пожароопасной ситуации. Устройство зарядки аэрозольных частиц извещателя в пожароопасной ситуации содержит газоход и установленные в нем соосно и последовательно по потоку наружный и центральный электроды, образующие камеру коронного разряда типа игла-цилиндр, и осадительный электрод, подключенные к источнику напряжения. Острие центрального электрода обращено к осадительному электроду, а площадь внутреннего сечения наружного электрода меньше площади сечения осадительного электрода. При этом после осадительного электрода по оси газохода установлен дополнительный электрод, также подключенный к источнику напряжения. 1 ил.

Устройство зарядки аэрозольных частиц извещателя пожароопасной ситуации, содержащее газоход и установленные в нем соосно и последовательно по потоку газа наружный и центральный электроды камеры коронного разряда и осадительный электрод, подключенные к источнику напряжения, острие центрального электрода обращено к осадительному электроду, а площадь внутреннего сечения наружного электрода меньше площади сечения осадительного электрода, отличающееся тем, что после осадительного электрода по оси газохода установлен дополнительный электрод, подключенный к источнику напряжения.