ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ АВТОНОМНОЕ РЕАКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗГОРАНИЙ Российский патент 2024 года по МПК A62C3/02 G08B17/10 

Данное энергетически автономное устройство для обнаружения возгораний относится к системам пожарной безопасности и может быть применено для обнаружения очагов пожаров и контроля за их распространением в условиях полного отсутствия источников электроэнергии или альтернативных источников питания.

Известно техническое решение, в котором предложен способ мониторинга лесных пожаров и комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, построенная на принципе разносенсорного панорамного обзора местности с функцией высокоточного определения очага возгорания, основанное на мониторинге местности посредством тепловизионной камеры и видеокамеры, закрепленных на вышках сотовой связи, с последующей передачей изображений на центральный сервер для анализа [1]. Недостаток данного технического решения состоит в том, что для его реализации необходим стационарный источник электроэнергии, такой как электрический генератор или постоянное подключение к единой электрической сети. Таким образом, предложенный способ не является энергетически автономным и инфраструктурно независимым.

Известен способ автоматического установления местоположения лесного пожара, характеризующийся тем, что на наиболее пожароопасных участках леса или торфяников, размещают по площади скважины с установкой в них перфорированных труб с датчиками температуры, соединенных между собой, сигнальные проводники с набором резисторов и перемычек из легкоплавящегося материала, определяют границы пожара и фиксируют его координаты на лесопожарной карте, устанавливают модем сотовой связи и солнечную батарею, измеряют температуру в перфорированных трубах и сопротивление сигнальных проводников, сравнивают с допустимыми значениями, формируют при их превышении информацию о возникновении пожара и передают информацию по каналам сотовой связи в диспетчерский центр [2]. Недостатком данного способа является то, что электрическая энергия для эксплуатации системы фиксации температуры и передачи данных по каналам сотовой связи создается солнечной батареей, которая требует обслуживания и часто является объектом вандализма в малолюдных местах.

Известно техническое решение, в котором предложено автономное устройство для детектирования лесных пожаров, представляющее корпус, в который помещена электромагнитная катушка, элемент с памятью формы в виде пружины и электронный модуль для передачи сигнала [3]. При достижении температуры порогового значения пружина, выполненная из материала с памятью формы, разжимается и приводит в движение сердечник электромагнитной катушки, при перемещении которого начинает вырабатываться электрическая энергия для питания модуля передачи сигнала. Недостаток данного технического решения состоит в том, что перемещение сердечника в электромагнитной катушке неконтролируемо и может привести к генерации недостаточного количества энергии для питания модуля передачи сигнала.

Известным техническим решением является энергетически самообеспеченное устройство для обнаружения пожаров и способ обнаружения лесных пожаров, выполненный на основе такого устройства, включающее температурный чувствительный элемент, состоящий из материала с памятью формы, который одновременно является источником неэлектрической энергии, преобразователь неэлектрической энергии в электрическую, представляющий пьезоэлектрический элемент, интегральный модуль передачи сигнала, предупреждающий о пожаре [4]. Суть работы данного устройства в том, что при достижении температуры порогового значения температурный чувствительный элемент механически воздействует на пьезоэлектрический элемент, который передает электрическую энергию в модуль передачи сигнала. Главные недостатки данного технического решения проявляются в следующем: 1) электрическая энергия, вырабатываемая в момент одноразового механического воздействия чувствительного элемента на пьезоэлектрический элемент может оказаться недостаточной для передачи радиосигнала, требующее продолжительного времени, 2) с течением времени происходит деградация электрофизических параметров пьезоэлектрического элемента, которые влияют на величину генерируемой им электрической энергии, и 3) при достижении температуры точки Кюри происходит полная деполяризация пьезоэлектрического элемента, которая составляет для пьзокерамики на основе цирконат-титаната свинца порядка 130-38СГС, что выводит пьезоэлемент из строя. Эти недостатки ограничивают условия, в которых данное устройство может быть применено.

Наиболее близким техническим решением является энергетически автономное устройство для обнаружения возгораний, состоящее из температурного чувствительного элемента, источника неэлектрической энергии, преобразователя неэлектрической энергии в электрическую, электронного модуля для передачи сигнала в центр мониторинга для определения местоположения возгорания [5]. Суть работы данного устройства заключается в том, что при достижении температуры порогового значения температурный чувствительный элемент воздействует тепловой энергией на источник неэлектрической энергии, который способствует запуску преобразователя неэлектрической энергии в электрическую, что позволяет запитать электронный модуль и передать сигнал на приемо-передающее устройство. Главным недостатком данного технического решения является очень ограниченный радиус действия устройства из-за слабости сигнала, поступающего с передающего устройства, включая также фактор радиопомех. Данное техническое решение было выбрано в качестве прототипа.

Задачей настоящего изобретения является расширение радиуса действия устройства за счет его динамического реактивного подъема на высоту посредством экзотермической реакции.

Влияние подстилающей поверхности приводит к многолучевому распространению сигнала, что является актуальной проблемой для устройств радиотехники. Для достижения заявленного результата предлагается энергетически автономное реактивное устройство для обнаружения возгораний, включающее температурный чувствительный элемент, источник неэлектрической энергии, термоэлектрический генератор, электронный модуль для передачи сигнала в центр мониторинга для определения местоположения возгорания, отличающийся тем, что источник неэлектрической энергии состоит из тепловыделяющего и газовыделяющего материала, который обеспечивает тепловой энергией работу термоэлектрического генератора и, в то же время, создает реактивный поток для поднятия устройства на высоту.

Таким образом, отличительным признаком изобретения является то, что источник неэлектрической энергии состоит из тепловыделяющего и газовыделяющего материала, который обеспечивает тепловой энергией работу термоэлектрического генератора и, в то же время, создает реактивный поток для поднятия устройства на высоту.

Такой отличительный признак позволяет решить поставленную задачу и устранить недостаток способа-прототипа, а именно, данное энергетически автономное реактивное устройство для обнаружения возгораний при достижении температуры окружающей среды выше порогового значения позволяет поднять устройство на высоту до нескольких сотен метров над землей и, тем самым, увеличить дальность эффективной работы электронного модуля передачи сигнала в течение более нескольких минут для успешного уведомления центра мониторинга о возгорании. Устройство обладает высокой надежностью, что позволяет работать в широком диапазоне температур от -80°С до +900°С, долговечностью, срок службы которого может превышать более 10 лет, является компактным, портативным и абсолютно энергетически-автономной системой, не требующей дополнительного контроля и обслуживания.

На фиг. 1 приведено предлагаемое энергетически автономное реактивное устройство для обнаружения возгораний, где: 1 - корпус; 2 - электронный модуль для передачи сигнала; 3 - преобразователь неэлектрической энергии в электрическую; 4 - источник неэлектрической энергии и реактивной тяги; 5 - чувствительный элемент.

Энергетически автономное реактивное устройство для обнаружения возгораний инициируется за счет чувствительного элемента при возникновении пороговой температуры срабатывания и далее приводит к активации источника неэлектрической энергии и реактивной тяги, который в свою очередь начинает реактивный подъем устройства на высоту одновременно разогревая горячую сторону преобразователя неэлектрической энергии в электрическую для обеспечения автономного питания электронного модуля передачи сигнала. При наборе высоты область распространения сигнала модуля расширяется.

Пример. Энергетически автономное реактивное устройство для обнаружения возгораний представляет собой герметичный корпус, содержащий внутри термоэлектрический генератор. С горячей стороны термоэлектрического генератора располагается источник неэлектрической энергии, который состоит из тепловыделяющего и газовыделяющего материала на основе порошковой смеси CuO и Al в виде цилиндра толщиной 5-30 мм и диаметром 2-3 см. В корпус через герметичное отверстие с подводом к тепловыделяющему элементу введен чувствительный элемент, который представляет собой шнур длиной 5-50 см и диаметром 1-2 мм, состоящий из композитного материала на основе поливинилденфторида и алюминия. С холодной стороны термоэлектрического генератора прикреплен и подключен электронный модуль передачи сигнала, который передает сигнал и местоположение устройства в центр мониторинга в разрешенном диапазоне частот.

Задача решается за счет динамического подъема устройства на высоту посредством экзотермической реакции после инициирования чувствительного элемента при достижении критической температуры окружающей среды выше 100°С. Стационарные объекты в виде деревьев и строений ограничивают распространение сигнала, уменьшая радиус действия не менее чем на 2 км. При наборе высоты, например, до 3 метров, радиус распространения сигнала увеличивается не менее чем на 10 км, за счет снижения влияния подстилающей поверхности.

Данное решение, относительно прототипа, обеспечивает наилучшие условия передачи сигнала в центр мониторинга, за счет набора высоты и снижения влияния подстилающей поверхности на распространение сигнала.

1. Патент Российской Федерации 2486594.

2. Патент Российской Федерации 2457875.

3. Международный патент 3044802А1.

4. Международный патент WO 2016151250 A1.

5. Патент Российской Федерации 2689633 - прототип.

Изобретение относится к системам пожарной безопасности и может быть использовано для определения места и фронта распространения очагов пожара посредством инициирования экзотермической реакции от критической температуры и преобразования неэлектрической энергии в электрическую посредством термогенераторных модулей, для дальнейшей передачи сигнала. Устройство содержит герметичный корпус, электронный модуль передачи сигнала, преобразователь неэлектрической энергии в электрическую, источник неэлектрической энергии и реактивной тяги, чувствительный элемент. Изобретение позволяет повысить радиус действия энергетически автономного сигнального устройства за счет динамического подъема устройства на высоту посредством экзотермической реакции с обильным выделением газообразных продуктов металлсодержащих энергетических смесей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Энергетически автономное реактивное устройство для обнаружения возгораний, включающее температурный чувствительный элемент, источник неэлектрической энергии, термоэлектрический генератор, электронный модуль для передачи сигнала в центр мониторинга для определения местоположения возгорания, отличающееся тем, что источник неэлектрической энергии состоит из тепловыделяющего и газовыделяющего материала для реализации реактивной тяги.

2. Энергетически автономное реактивное устройство для обнаружения возгораний по п. 1, отличающееся тем, что источник неэлектрической энергии состоит из порошковой смеси окисляющего реагента и восстанавливающего реагента.

3. Энергетически автономное реактивное устройство для обнаружения возгораний по п. 2, отличающееся тем, что окисляющий реагент выбирается из группы веществ: оксид никеля, нитрид никеля, оксид железа, нитрид железа, оксид кобальта, нитрид кобальта, оксид меди, нитрид меди, оксид йода, поливинилиденфторид, политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен, а восстанавливающий реагент выбирается из группы веществ Al, Mg, Ti, Si, Zr.