ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ АСПИРАЦИОННОГО ТИПА
ASPIRATION TYPE FIRE DETECTOR

Изобретение относится к технике пожарной сигнализации, а именно к комбинированным извещателям максимального или максимально-дифференциального действия аспирационного типа, и может быть использовано для обнаружения пожара в массе сыпучего горючего материала.
Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с. 65].
Известно свойство твердых горючих материалов - самонагревание вследствие постепенного накопления тепла при протекании экзотермических реакций, которое может привести к самовозгоранию. Применение пожарной сигнализации общего назначения не может обеспечить требуемый уровень пожарной безопасности при хранении и транспортировке таких материалов. Кроме того, в определенных условиях значимым является фактор обеспечения автономности пожарного извещателя.
Известно, что обеспечение автономности для передачи тревожного сообщения может быть решено путем применения радиосвязи.
Из предшествующего уровня техники известен автономный дымовой пожарный извещатель (патент РФ 144364, МПК G08B 17/00 (2006.01), опубликован 20.08.2014).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются его назначение и наличие датчика дыма.
Недостатком данного аналога является то, что автономность достигается за счет внутренней батареи питания, требующей периодической замены, а также то, что аналог позволяет обнаружить пожар только по одному параметру - по наличию дыма, что не обеспечивает надежного обнаружения пожара в месте, наиболее подверженном риску.
Для измерения температуры в массе сыпучего материала из предшествующего уровня техники известен термощуп (патент РФ 145583, МПК G01K 13/00 (2006.01), опубликован 20.09.2014).
Признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемого изобретения, является наличие датчика температуры.
Недостатками данного устройства является то, что он не предназначен для автономной работы, а его помещают в массу сыпучего горючего материала периодически, и с его помощью невозможно постоянно контролировать состояние газово-воздушной среды в месте, наиболее подверженном риску самовоспламенения.
Для извещения о пожаре по разным параметрам пожарной опасности (температура, задымленность, концентрация характерных газов) из предшествующего уровня техники известно устройство для обнаружения пожара (патент РФ 68158, МПК G08B 17/00 (2006.01), опубликован 10.11.2007). Оно принято в качестве прототипа заявляемого изобретения. Контроль пожарной опасности в прототипе осуществляется по трем параметрам - температура, задымленность, концентрация газа.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, является то, что устройство по прототипу является тоже аспирационного типа, а также содержит: заборный трубопровод, по меньшей мере, с одним отверстием, блок индикации, логический блок, воздушный фильтр, формирователь тревожного извещения, блок контроля, измерительную камеру, аспиратор, блок обработки сигналов, блок обработки сигнала датчика дыма, блок обработки сигнала датчика температуры, блок обработки сигнала датчика газа, датчик дыма, датчик температуры, датчик газа.
Недостатками прототипа является то, что оно не является автономным и может контролировать пожароопасные параметры лишь закрытого помещения, что свидетельствует о его невысокой надежности обнаружения пожара в месте, наиболее подверженному риску самовоспламенения при его применении в месте хранения горючих сыпучих материалов.
Задачей настоящего изобретения является создание специализированного пожарного извещателя, предназначенного для контроля параметров газовоздушной среды и температуры внутри массы сыпучего горючего материала и не имеющего внешних шлейфов соединений с контрольной аппаратурой.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности обнаружения пожара в месте, наиболее подверженному риску самовоспламенения, при отсутствии шлейфов как питания, так и сигнальных.
Технический результат достигается за счет того, что пожарный извещатель аспирационного типа, содержащий аспиратор, блок контроля, блок индикации, логический блок, формирователь тревожного извещения, блок обработки сигналов, датчик температуры, заборный трубопровод, по меньшей мере, с одним отверстием, снабженный фильтром, подсоединенный к входному отверстию измерительной камеры, в которой находятся датчики дыма и газа, выходы датчиков дыма, температуры, газа подключены к входам блока обработки сигналов, выходы которого подключены к входам блока контроля и блока логического, выход которого подключен к соответствующему входу блока контроля, первый выход блока контроля подключен к входу блока индикации, второй выход блока контроля подключен к формирователю тревожных извещений, согласно изобретению, снабжен термоэлектрическим генератором с устройством защиты, датчиком температуры окружающего воздуха, формирователем опорных напряжений и коническим наконечником, внутри которого расположен датчик температуры, причем термоэлектрический генератор с устройством защиты выполнен в виде элемента Пельтье, «горячей» стороной прикрепленного к плоской площадке заборного трубопровода с расположенной между ними биметаллической предохранительной пластиной, обеспечивающей разрыв этого соединения при достижении температуры, близкой к температуре, могущей повредить элемент Пельтье, а «холодной» стороной - к радиатору с закрепленным на нем датчиком температуры окружающего воздуха, при этом термоэлектрический генератор через формирователь опорных напряжений связан с блоком контроля с возможностью взаимодействия, при котором по сигналу формирователя опорных напряжений о готовности к работе блок контроля начинает осуществлять цикл измерений, причем периодичность запусков уменьшается при увеличении разности температур «теплой» и «холодной» сторон элемента Пельтье и возрастании показаний датчика температуры окружающего воздуха, а при наличии сигнала датчика срабатывания устройства защиты измерения производятся непрерывно, при этом измерительная камера представляет собой цилиндр, снабженный поршнем с электроприводом, впускным и выпускным клапанами и компенсационным отверстием, а формирователь тревожного извещения выполнен в виде радиопередатчика.
Выполнение измерительной камеры в виде цилиндра и снабжение измерительной камеры поршнем с электроприводом, впускным и выпускными клапанами позволяет заполнять измерительную камеру газовоздушной смесью строго определенного объема в строго определенные промежутки времени, что способствует повышению точности измерений.
Расположение датчика температуры внутри наконечника заборного трубопровода позволяет контролировать температуру непосредственно внутри массы сыпучего горючего материала, что способствует повышению надежности обнаружения опасной температуры объекта.
Введение в конструкцию энергонезависимого блока питания на основе термоэлектрического генератора и использование в качестве формирователя тревожных сообщений радиопередатчика обеспечивает автономность работы устройства.
Другими словами поставленная задача достигается изменением конструкции прототипа и использованием в качестве энергонезависимого блока питания термоэлектрического генератора.
Из предшествующего уровня техники довольно широко известны устройства для обеспечения автономного электропитания с помощью термоэлектрического эффекта, например, термоэлектрический автономный источник питания (патент РФ 2236562, МПК Е21В 43/00, Е21В 47/00, H01L 35/00, опубликован 20.09.2004) и термоэлектрический генератор  (патент РФ 2359363, МПК H01L 35/28 (2006.01), опубликован 20.06.2009). В заявляемой совокупности признаков блок питания, содержащий термоэлектрический генератор с устройством защиты, позволяет в совокупности со всеми элементами устройства, включая конструктивное выполнение измерительной камеры, обеспечить его автономную и надежную работу по обнаружению пожара в месте, наиболее подверженном риску самовоспламенения. В заявленном изобретении применение термоэлектрического генератора в качестве автономного блока питания обусловлено тем, что такое техническое решение дает возможность использования повышенной температуры контролируемого образца, свидетельствующей о возможной опасности самовозгорания, для обеспечения надежной автономной работы устройства.
Преимущества извещателя по сравнению с прототипом:
1. Контроль измеряемых параметров осуществляется непосредственно внутри массы сыпучего горючего материала благодаря помещению туда чувствительного элемента, контролирующего температуру и воздухозаборника для других чувствительных элементов, находящихся в вынесенной измерительной камере, посредством конструктивного элемента извещателя, что повышает точность и надежность работы извещателя.
2. Электропитание устройства обеспечивается посредством термоэлектрического генератора, вырабатывающего электроэнергию благодаря разности температур между нагретой массой контролируемого образца и более холодной окружающей средой, что обеспечивает его автономность и мобильность.
3. В качестве устройства, осуществляющего аспирацию газовоздушной смеси, используется поршень, а не вентилятор, что позволяет повысить точность измерений.
4. С ростом температуры контролируемой среды уменьшается период измерений, благодаря чему повышается их надежность.
5. Использование радиопередатчика в качестве формирователя тревожных сообщений повышает надежность работы устройства и обеспечивает его автономность и мобильность.
Данное техническое решение является новым, потому что представленная совокупность существенных признаков не известна из уровня техники. Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 приведен продольный разрез заявляемого извещателя;
- на фиг. 2 - представлен разрез по А-А.
Цифровыми позициями обозначены следующие элементы:
1 - наконечник;
2 - датчик температуры;
3 - заборный трубопровод;
4 - электроизоляция;
5 - воздушный канал;
6 - теплоэлектроизоляция;
7 - корпус заборного трубопровода;
8 - датчик срабатывания устройства защиты;
9 - биметаллическая предохранительная пластина;
10 - датчик температуры окружающего воздуха;
11 - элемент Пельтье;
12 - радиатор;
13- впускной клапан;
14 - датчик начального положения поршня;
15 - газоанализатор;
16 - датчик дыма;
17 - поршень;
18 - измерительная камера;
19 - корпус измерительной камеры;
20 - резьбовой вал;
21 - датчик конечного положения поршня;
22 - компенсационное отверстие;
23 - блок индикации;
24 - формирователь тревожных извещений;
25 - электродвигатель;
26 - блок логический;
27 - блок контроля;
28 - блок обработки сигналов;
29 - формирователь опорных напряжений;
30 - выпускной клапан;
31 - заборное отверстие;
32 - воздушный фильтр.
Наконечник 1 конической формы, изготовленный из металла с высокой теплопроводностью (медь, алюминий), жестко соединен с заборным трубопроводом 3. Внутри наконечника располагается датчик температуры 2, один из контактов которого подсоединен к заборному трубопроводу 3, второй контакт - к корпусу заборного трубопровода 7. Заборный трубопровод 3 представляет собой трубу с воздушным каналом 5 и изготовлен из металла с высокой теплопроводностью (медь, алюминий). В непосредственной близости от наконечника 1 имеется как минимум одно заборное отверстие 31 с установленным в нем воздушным фильтром 32. Корпус заборного трубопровода 7 представляет собой стальную трубу, внутри которой расположен заборный трубопровод 3. Между заборным трубопроводом 3 и корпусом заборного трубопровода 7 находится теплоэлектроизоляция 6. В месте касания наконечника 1 и корпуса заборного трубопровода 7 расположена прокладка из электроизоляционного материала 4.
На противоположном конце от наконечника 1 к корпусу заборного трубопровода 7 жестко прикреплен корпус измерительной камеры 19. Корпус измерительной камеры 19 представляет собой цилиндр с установленным внутри поршнем 17. В поршне имеется резьба, в которую входит резьбовой вал 20, соединенный с электродвигателем 25. В измерительной камере имеется впускной клапан 13, установленный в противоположном от наконечника 1 конце заборного трубопровода 3. Выпускной клапан 30 расположен на стенке корпуса измерительной камеры 19 со стороны заборного трубопровода 3. На задней поверхности камеры имеется как минимум одно компенсационное отверстие 22. Внутри измерительной камеры 18 установлены датчики начального положения поршня 14 и конечного положения поршня 21, газоанализатор 15 и датчик дыма 16. К корпусу измерительной камеры 19 с задней стороны крепятся блок индикации 23, формирователь тревожных извещений 24, электродвигатель 25, блок логический 26, блок контроля 27, блок обработки сигналов 28, формирователь опорных напряжений 29.
В непосредственной близости от измерительной камеры 18 на заборном трубопроводе 3 имеется утолщение, выступающее за пределы корпуса заборного трубопровода 7. Утолщение выполнено в виде плоской площадки, к которой «горячей» стороной крепится элемент Пельтье 11. Между утолщением и элементом Пельтье 11 расположена биметаллическая предохранительная пластина 9. К «холодной» стороне элемента Пельтье 11 крепится радиатор 12, к которому, в свою очередь, крепится датчик температуры окружающего воздуха 10. К биметаллической пластине 9 прикреплен датчик срабатывания устройства защиты 8.
Устройство работает следующим образом. Извещатель помещается в массу контролируемого образца таким образом, чтобы наконечник 1 был погружен на максимальную глубину, при этом заборное отверстие 31 с воздушным фильтром 32 должно быть расположено вниз или в сторону. При нагревании контролируемой массы за счет теплопередачи через заборный трубопровод 3 «теплая» сторона элемента Пельтье 11 через некоторое время нагреется до температуры, достаточной для достижения на выводах элемента Пельтье 11 напряжения, достаточного для запуска работы формирователя опорных напряжений 29. По сигналу формирователя опорных напряжений 29 о готовности к работе блок контроля 27 запускает электродвигатель 25, перемещающий поршень 17 в сторону датчика конечного положения камеры 21 до срабатывания этого датчика. При этом измерительная камера 18 через заборное отверстие 31, воздушный фильтр 32, воздушный канал 5 и впускной клапан 13 заполняется газовоздушной смесью, содержащей выделяющиеся при самонагревании образца продукты (газы, дым). В момент срабатывания датчика конечного положения поршня 21 блок обработки сигналов 28 преобразует сигналы, поступающие с датчиков 2, 15, 16 в форму, удобную для анализа, которые передаются в блок контроля 27, где по сигналу датчика конечного положения поршня 21 сравниваются с установленными пороговыми значениями. В случае превышения этих значений сигналом хотя бы одного из датчиков 2. 15, 16 устройство отображает с помощью блока индикации 23 состояние тревоги, формирователь тревожного извещения 24 передает радиосигнал о пожаре. Таким образом, реализуется логическая схема "ИЛИ" обнаружения устройством факторов пожара. Блок логический 26 может реализовать мажоритарную логику "два из трех" или логику "3И" при появлении с выходов датчиков сигналов, имеющих более низкие значения, чем установленные в блоке 6' пороговые значения, аналогично прототипу.
Затем блок контроля 27 запускает электродвигатель 25, перемещающий поршень в сторону датчика начального положения поршня 14 до срабатывания этого датчика. При этом воздух, содержащийся в камере 18, выпускается через выпускной клапан 30. При перемещениях поршня разница давлений между задней поверхностью поршня и задней стенкой измерительной камеры выравнивается с помощью компенсационного отверстия 22. После срабатывания датчика начального положения поршня 14 извещатель готов к новому циклу работы. Периодичность запусков формируется блоком контроля 27 в зависимости от разности температур «теплой» и «холодной» сторон элемента Пельтье 11, показаний датчика температуры окружающего воздуха 10, а также состояния датчика срабатывания устройства защиты 8. В случае срабатывания устройства защиты цикл измерений производится непрерывно, период запусков тем меньше, чем больше разность температур сторон элемента Пельтье и чем выше температура окружающего воздуха. Устройство защиты представляет собой биметаллическую пластину 9, которая обеспечивает разрыв соединения между «теплой» стороной элемента Пельтье 11 и утолщением на заборном трубопроводе 3 при достижении последним температуры, близкой к температуре, могущей повредить элемент Пельтье 11.
В качестве датчиков начального и конечного положения могут быть использованы концевые микровыключатели, в качестве датчиков температуры, дыма, газоанализатора могут быть использованы как любые серийно выпускаемые пожарные извещатели, так и специально разработанные устройства. Параметры радиопередатчика определяются типом контрольно-приемного прибора.