Способ и система охлаждения каски пожарного Российский патент 2023 года по МПК A42B3/00 F25D3/00 

Группа изобретений относится к средствам индивидуальной защиты пожарного, предназначенным для повышения безопасности при выполнении работы в условиях ликвидации возгорания, и касается элемента боевой одежды - каски, в которой при повышении температуры срабатывает система охлаждения в пространстве между корпусом каски и внутренней оснасткой, что позволяет повысить безопасность пожарного.

Предпосылкой для создания изобретения явилась идея использования эффекта дросселирования реального газа - пара, в результате которого уменьшается давление и температура потока. В этом случае охлажденный поток можно использовать как холодный теплоноситель в системах охлаждения.

Из уровня техники известны способы и устройства, создающие локальные конвективные потоки и обеспечивающие охлаждение объекта за счет теплообмена между нагретой поверхностью и холодным теплоносителем.

Известна теплоотражающая каска с воздушным охлаждением, на внешней поверхности которой расположены вентиляционные отверстия и установлены теплоотражательные сегменты. Каска содержит элементы для фиксации на голове оператора и состоит из соединяющихся частей, обеспечивающих создание потока воздуха вентилятором (Патент РФ №2444966 С1 дата приоритета 21.10.2010, дата публикации 20.03.2012, авторы: Шкрабак Р.В. и др., RU).

Недостатком аналога являются низкие эксплуатационные качества из-за громоздкости конструкции и неудобства использования ее при ликвидации возгораний.

Известна также каска строительная с охлаждением от вентилятора на солнечных батареях, расположенных на верхней части каски. Вентилятор работает в автоматическом режиме: чем интенсивнее светит солнце, тем выше количество оборотов вентилятора и соответственно скорость потока воздуха. Верхняя часть каски, где расположена солнечная батарея, защищена слоем высокопрочного пластика от механических воздействий (https://klasspol.ru/index/odezhda_s_okhlazhdeniem_kondicionirovaniem_new/0-198, просмотр 24.11.2022 г.).

В качестве прототипа принята теплоотражающая каска с водяным охлаждением, на внешней поверхности которой установлены теплоотражательные сегменты, а также расположены соединительные элементы системы водяного охлаждения, состоящей из съемной емкости для воды, фиксируемой на поясе пожарного, гибких шлангов, шарового смесителя для подачи воды и регулирования напора потока, подаваемого на внутреннюю перфорированную поверхность каски и/или на необходимые участки тела через форсунки, причем вода из емкости поступает в шланги за счет давления, создаваемого пневмогрушей (Патент №2464921 С1 дата приоритета 11.04.2011, дата публикации 27.10.2012, авторы: Шкрабак Р.В. и др., RU, прототип).

Недостатком прототипа являются низкие эксплуатационные качества из-за сложности системы охлаждения и неудобства ее использования при работе в условиях пожара. Съемная емкость может затруднять выполнение операций, то же относится к приведению в действие пневмогруши.

Технической проблемой, решаемой изобретениями, является осуществление способа охлаждения каски пожарного, основанного на создании теплообмена за счет конвекции и теплопроводности в пространстве между внутренней поверхностью корпуса каски и внутренней оснасткой, а также его реализация за счет системы охлаждения, расположенной в указанном пространстве и срабатывающей при повышении температуры.

Для решения технической проблемы предложен способ охлаждения каски пожарного, включающий подачу охладителя в нагретое пространство каски и отведение тепла с помощью системы охлаждения, состоящей из емкости с жидким охладителем и соединенных с ней трубок, через которые осуществляют подачу и регулирование расхода охладителя. Новым является то, что осуществляют охлаждение пространства между внутренней поверхностью корпуса каски и внутренней оснасткой путем создания теплообмена в указанном пространстве при разности температур между нагретой внутренней поверхностью корпуса каски и потоком паров хладагента, движущихся с низкой температурой в медной капиллярной трубке в виде нисходящей спирали, соединенной с емкостью хладагента и выходящей на поверхность каски, причем в качестве холодного источника используется поток паров хладагента с низкой температурой, а горячим источником является внутренняя поверхность корпуса каски, нагревающаяся при работе в очаге возгорания, при этом система охлаждения располагается в указанном пространстве и монтируется к внутренней поверхности корпуса каски с возможностью извлечения емкости для заполнения ее хладагентом, а для регулирования его расхода используют систему автоматического регулирования расхода потока паров хладагента, срабатывающую в зависимости от температуры в указанном пространстве для изменения поперечного сечения потока паров хладагента в указанной системе.

Согласно изобретению, в способе используют систему автоматического регулирования расхода потока паров хладагента, состоящую из отрезка гибкой полиамидной капиллярной трубки, установленной в разъеме медной капиллярной трубки с помощью натяжного соединения и при этом пропущенной между витками двух пружин из материала с памятью формы, которые в зависимости от их температуры обеспечивают либо открытие, либо закрытие поперечного сечения полиамидной капиллярной трубки, при этом концы пружин присоединены к двум опорам из меди, одна из которых прикреплена к внутренней поверхности корпуса каски.

Согласно изобретению, в изотермических условиях пружины находятся в сжатом состоянии, и поперечное сечение полиамидной трубки перекрыто, но при повышении температуры происходит автоматическое срабатывание пружин, которые расширяются и удлиняются, и сечение полиамидной трубки восстанавливается, пропуская поток хладагента, при этом происходит парообразование хладагента с одновременным понижением температуры потока при его движении по спирали в медной капиллярной трубке, что способствует охлаждению пространства между внутренней поверхностью каски и ее внутренней оснасткой, а также обеспечению безопасности работы пожарного.

Согласно изобретению, для крепления емкости с хладагентом, медной капиллярной трубки, согнутой в спираль, и системы автоматического регулирования расхода потока паров хладагента к внутренней поверхности корпуса каски используют магнитные ленты.

Согласно изобретению, выпуск потока хладагента в окружающую среду производится через отверстие между корпусом и пелериной каски, что также способствует охлаждению наружной поверхности пелерины и обеспечению безопасности работы пожарного.

Для решения технической проблемы предложена система охлаждения каски пожарного, характеризующаяся тем, что расположена внутри каски в пространстве между внутренней поверхностью корпуса каски и внутренней оснасткой с возможностью срабатывания при повышении температуры в указанном пространстве для его охлаждения и отведения тепла за счет конвективного теплообмена и теплопроводности, при этом система охлаждения содержит емкость с жидким хладагентом, закрепленную на внутренней поверхности корпуса каски с возможностью извлечения для заполнения емкости жидким хладагентом, к патрубку емкости присоединен кран, другой конец которого через цанговую гайку соединен с медной капиллярной трубкой, имеющей разъем, образующий короткую часть с цанговой гайкой, присоединенную к крану, и основную рабочую часть, предназначенную для образования движущегося потока паров хладагента с низкой температурой, в разъеме между указанными частями медной капиллярной трубки установлена система автоматического регулирования расхода потока паров хладагента, содержащая отрезок гибкой полиамидной трубки, соединенный с концами медной капиллярной трубки посредством натяжного соединения, а также пропущенный между витками двух пружин, изготовленных из материала с памятью формы и предназначенных для воздействия на поперечное сечение отрезка гибкой полиамидной трубки в случае изменения их температуры, при этом концы пружин прикреплены к опорным пластинам из меди, и одна из них соединена с корпусом каски, а вторая имеет возможность свободного перемещения, причем в изотермических условиях пружины сжаты, и поперечное сечение полиамидной трубки перекрыто, а при повышении температуры и автоматическом срабатывании указанных пружин, сопровождающимся их расширением и удлинением с последующим восстановлением поперечного сечения полиамидной трубки, обеспечивается прохождение через открытое сечение потока хладагента и образование движущегося потока паров хладагента с низкой температурой в основной рабочей части медной капиллярной трубки, смонтированной в виде нисходящей спирали на внутренней поверхности корпуса каски с выходом наружу в затылочной части через отверстие, выполненное между корпусом и пелериной каски для выпуска потока паров хладагента в окружающую среду.

Согласно изобретению, в системе охлаждения каски пожарного крепление емкости с хладагентом, медной капиллярной трубки, согнутой в спираль, и системы автоматического регулирования расхода потока паров хладагента к внутренней поверхности корпуса каски выполнено с помощью магнитных лент.

На чертеже схематично представлена система охлаждения каски пожарного, где приведены следующие обозначения:

1 - емкость хладагента;

2 - кран;

3 - цанговая гайка;

4 - короткая часть медной капиллярной трубки;

5 - система автоматического регулирования расхода потока паров хладагента;

6 - пружины из материала с памятью формы;

7, 9 - опорные пластины из меди.

8 - отрезок полиамидной трубки;

Емкость 1 предназначена для заполнения жидким хладагентом, например, хладоном 227еа, который используется для тушения с постоянным присутствием людей и является экологически чистым продуктом, не имеющим ограничений к долгосрочному применению. Корпус емкости 1 изготавливается из тонкостенного металла и прикрепляется к внутренней поверхности каски, например, с помощью предварительно установленной на внутренней поверхности каски и внешней поверхности емкости магнитной ленты с клеевым слоем, например, марки Forceberg 9-2851872-015А, что позволяет свободно прикреплять и извлекать емкость 1. Патрубок емкости 1 имеет внутреннюю резьбу, позволяющую установить кран 2, который служит по прямому назначению и, в частности для заполнения емкости 1 жидким хладагентом. В качестве крана может быть использован, например, объемный регулятор расхода типа RFL L series. Медная капиллярная трубка состоит из двух частей, причем первая часть 4 короткая, а вторая - основная рабочая, которая служит для выполнения основной функции, а именно теплоотвода от внутренней поверхности каски к текучей среде охлажденных паров хладагента. Короткая часть медной капиллярной трубки 4 имеет на одном конце цанговую гайку 3. Цанговая гайка 3 монтируется на резьбе патрубка крана 2 и предназначена для присоединения к крану 3 первого короткого участка медной капиллярной трубки 4. Второй конец короткого участка медной капиллярной трубки 4 соединяется с системой автоматического регулирования расхода потока паров хладагента 5. Система автоматического регулирования расхода потока паров хладагента 5 содержит отрезок гибкой полиамидной капиллярной трубки 8, пропущенный между витками двух пружин 6, изготовленных из материала с памятью формы, например, нитинола. При этом концы обеих частей медной капиллярной трубки и оба конца полиамидной трубки 8 надежно соединяются методом натяжного соединения. В качестве полиамидной трубки можно принять, например, трубку марки РА 4×6 N100/roll с возможностью использования в интервале температур t= -40÷100°С. Отрезок полиамидной трубки 8 пропущен между витками двух последовательно установленных цилиндрических пружин 6, предназначенных для воздействия на поперечное сечение отрезка полиамидной трубки 8 с целью перекрытия или открытия сечения трубки для пропуска потока хладагента при срабатывании пружин 6 в зависимости от их температуры. Концы обеих пружин 6 закрепляются на двух опорах 7 и 9, изготовленных из медных высокотеплопроводных пластинок. Опора 9 прикрепляется к внутренней поверхности корпуса каски, например, с помощью магнитной ленты, предварительно нанесенной на поверхность опоры 9 и внутреннюю поверхность каски в месте крепления системы автоматического регулирования расхода потока паров хладагента 5. Другая опора 7 находится в свободном состоянии с возможностью перемещения. Основная рабочая часть медной капиллярной трубки после отрезка полиамидной трубки 8 монтируется в пространстве между внутренней поверхностью каски и оснасткой в виде нисходящей спирали, конец которой выведен наружу в затылочной части каски между корпусом и пелериной каски.

Подготовка системы охлаждения каски пожарного к реализации способа охлаждения каски осуществляется следующим образом.

Сначала подготавливается система автоматического регулирования расхода потока паров хладагента 5, для чего концы двух пружин 6 прикрепляются к медным опорным пластинам 7 и 9, например, с помощью зацепа-клипсов. Затем отрезок полиамидной капиллярной трубки 8 размещают между витками пружин 6 механическим путем или с помощью нагревания. В изотермических условиях пружины 6 находятся в сжатом состоянии. На поверхность опоры 9 наносится магнитная лента для крепления системы автоматического регулирования расхода потока паров хладагента 5 к внутренней поверхности корпуса каски. Диаметр полиамидной трубки 8 выбирается таким образом, чтобы обеспечить ее надежное натяжное соединение с концами обеих частей медной капиллярной трубки. Система автоматического регулирования расхода потока паров хладагента 5 в собранном виде может использоваться неоднократно.

На патрубок емкости 1 монтируется кран 2, через который емкость 1 заполняется жидким хладагентом, после чего кран 2 закрывается. На емкость 1 и внутреннюю поверхность каски наносится магнитная лента, причем место крепления магнитной ленты на внутренней поверхности каски можно выбрать, исходя из практических соображений. На другой патрубок крана 2 навинчивается цанговая гайка 3, позволяющая надежно соединить кран 2 и конец короткой части 4 медной капиллярной трубки. Основная рабочая часть медной капиллярной трубки скручивается в виде нисходящей спирали, размеры которой соответствуют внутренней поверхности каски.

Собранную систему охлаждения монтируют внутри каски и открывают кран 2. При этом пружины 6 системы автоматического регулирования расхода потока паров хладагента 5 находятся в сжатом состоянии, и потока хладагента нет.

Система охлаждения работает следующим образом.

При повышении температуры внутренней поверхности каски происходит нагревание опоры 9 и пружин 6 системы автоматического регулирования расхода потока паров хладагента 5. В результате пружины 6 расширяются и удлиняются, и поток охлажденных паров хладагента поступает в основную рабочую часть медной капиллярной трубки. При этом происходит теплообмен в пространстве между внутренней поверхностью каски и поверхностью рабочей части медной капиллярной трубки, что обеспечивает безопасность работы пожарного.

Преимуществом способа является использование процесса дросселирования для получения потока охлажденных паров хладагента с целью теплоотвода в пространстве между внутренней поверхностью и внутренней оснасткой каски пожарного, что обеспечивает безопасность работы пожарного при ликвидации возгорания. Кроме того, система охлаждения выполнена из доступных, простых и достаточно дешевых элементов, что дает возможность ее изготовления практически в любой мастерской.

Технический результат заключается в реализации способа охлаждения каски пожарного за счет использования системы охлаждения, расположенной в пространстве между внутренней поверхностью корпуса каски и ее внутренней оснасткой и срабатывающей при повышении температуры внутри каски, что повышает безопасность работы пожарных в условиях ликвидации пожаров.

Группа изобретений относится к средствам индивидуальной защиты пожарного, предназначенным для повышения безопасности при выполнении работы в условиях ликвидации возгорания, и касается элемента боевой одежды - каски, в которой при повышении температуры срабатывает система охлаждения в пространстве между корпусом каски и внутренней оснасткой, что позволяет повысить безопасность работы пожарного. Технический результат заключается в реализации способа охлаждения каски пожарного за счет использования системы охлаждения, расположенной в пространстве между внутренней поверхностью корпуса каски и ее внутренней оснасткой и срабатывающей при повышении температуры внутри каски, что повышает безопасность работы пожарных в условиях ликвидации пожаров. Система охлаждения каски пожарного, смонтированная в пространстве между внутренней поверхностью корпуса каски и ее внутренней оснасткой, содержит емкость с жидким хладагентом (1), медные капиллярные трубки в виде короткой части (4), соединенной через кран (2) с емкостью (1), и основной рабочей части в виде спирали. В разъеме между частями смонтирована система автоматического регулирования расхода потока паров хладагента (5), содержащая отрезок гибкой полиамидной трубки (8), пропущенный между витками двух пружин (6) из материала с памятью формы. Медные и полиамидная трубки соединены методом натяжного соединения, а концы пружин (6) прикреплены к опорным пластинам из меди (7, 9), одна из которых соединена с корпусом каски. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ охлаждения каски пожарного, включающий подачу охладителя в нагретое пространство каски и отведение тепла с помощью системы охлаждения, состоящей из емкости с жидким охладителем и соединенных с ней трубок, через которые осуществляют подачу и регулирование расхода охладителя, отличающийся тем, что осуществляют охлаждение пространства между внутренней поверхностью корпуса каски и внутренней оснасткой путем создания теплообмена в указанном пространстве при разности температур между нагретой внутренней поверхностью корпуса каски и потоком паров хладагента, движущихся с низкой температурой в медной капиллярной трубке в виде нисходящей спирали, соединенной с емкостью хладагента и выходящей на поверхность каски, причем в качестве холодного источника используется поток паров хладагента с низкой температурой, а горячим источником является внутренняя поверхность корпуса каски, нагревающаяся при работе в очаге возгорания, при этом система охлаждения располагается в указанном пространстве и монтируется к внутренней поверхности корпуса каски с возможностью извлечения емкости для заполнения ее хладагентом, а для регулирования его расхода используют систему автоматического регулирования расхода потока паров хладагента, срабатывающую в зависимости от температуры в указанном пространстве для изменения поперечного сечения потока паров хладагента в указанной системе.

2. Способ охлаждения каски пожарного по п. 1, отличающийся тем, что в нем используют систему автоматического регулирования расхода потока паров хладагента, состоящую из отрезка гибкой полиамидной капиллярной трубки, установленной в разъеме медной капиллярной трубки с помощью натяжного соединения и при этом пропущенной между витками двух пружин из материала с памятью формы, которые в зависимости от их температуры обеспечивают либо открытие, либо закрытие поперечного сечения полиамидной капиллярной трубки, при этом концы пружин присоединены к двум опорам из меди, одна из которых прикреплена к внутренней поверхности корпуса каски.

3. Способ охлаждения каски пожарного по п. 1, отличающийся тем, что для крепления емкости с хладагентом, медной капиллярной трубки, согнутой в спираль, и системы автоматического регулирования расхода потока паров хладагента к внутренней поверхности корпуса каски используют магнитные ленты.

4. Способ охлаждения каски пожарного по п. 1, отличающийся тем, что выпуск потока хладагента в окружающую среду производится через отверстие между корпусом каски и пелериной каски.

5. Система охлаждения каски пожарного, предназначенная для реализации способа по пп. 1-3, характеризующаяся тем, что расположена внутри каски в пространстве между внутренней поверхностью корпуса каски и внутренней оснасткой с возможностью срабатывания при повышении температуры в указанном пространстве для его охлаждения и отведения тепла за счет конвективного теплообмена и теплопроводности, при этом система охлаждения содержит емкость с жидким хладагентом, закрепленную на внутренней поверхности корпуса каски с возможностью извлечения для заполнения емкости жидким хладагентом, к патрубку емкости присоединен кран, другой конец которого через цанговую гайку соединен с медной капиллярной трубкой, имеющей разъем, образующий короткую часть с цанговой гайкой, присоединенную к крану, и основную рабочую часть, предназначенную для образования движущегося потока паров хладагента с низкой температурой, в разъеме между указанными частями медной капиллярной трубки установлена система автоматического регулирования расхода потока хладагента, содержащая отрезок гибкой полиамидной трубки, соединенный с частями медной капиллярной трубки посредством натяжного соединения, а также пропущенный между витками двух пружин, изготовленных из материала с памятью формы и предназначенных для воздействия на поперечное сечение отрезка гибкой полиамидной трубки в случае изменения их температуры, при этом концы пружин прикреплены к опорным пластинам из меди, и одна из них соединена с корпусом каски, а вторая имеет возможность свободного перемещения, причем в изотермических условиях пружины сжаты, и поперечное сечение полиамидной трубки перекрыто, а при повышении температуры и автоматическом срабатывании указанных пружин, сопровождающимся их расширением и удлинением с последующим восстановлением поперечного сечения полиамидной трубки, обеспечивается прохождение через открытое сечение потока хладагента и образование движущегося потока паров хладагента с низкой температурой в основной рабочей части медной капиллярной трубки, смонтированной в виде нисходящей спирали на внутренней поверхности корпуса каски с выходом наружу в затылочной части через отверстие, выполненное между корпусом и пелериной каски для выпуска потока паров хладагента в окружающую среду.

6. Система охлаждения каски пожарного по п. 5, отличающаяся тем, что крепление емкости с хладагентом, медной капиллярной трубки, согнутой в спираль, и системы автоматического регулирования расхода паров хладагента к внутренней поверхности корпуса каски выполнено с помощью магнитных лент.