Генератор огнетушащего аэрозоля
FIRE EXTINGUISHING AEROSOL GENERATOR

Изобретение относится к противопожарной технике, в частности, к первичным средствам пожаротушения и может быть использовано для локального пожаротушения.
В настоящее время генераторы огнетушащего аэрозоля (ГОА) находят все более широкое применение в качестве первичных средств пожаротушения. Их достоинства (более высокая эффективность по сравнению с хладонами, низкая токсичность, отсутствие коррозионной активности по отношению к металлам, диэлектрические свойства) делают их эффективным средством для тушения различных объектов, размещённых в герметичных и условно-герметичных объёмах: электрических шкафах, серверных, кабельных каналах, технических отсеках транспортных средств и т.п.
Однако, проблемой широкого применения ГОА является высокая температура газо-аэрозольной струи, выходящей из генератора (более 500 ºС у генераторов 1 типа).
Известны случаи вторичных возгораний в процессе применения и ложного срабатывания ГОА.
Эта проблема решается снижением температуры горения аэрозолеобразующего или газообразующего состава (АОС) и охлаждением продуктов его горения − пожаротушащей газо-аэрозольной струи.
Из уровня техники известны различные механизмы охлаждения огнетушащей газо-аэрозольной струи.
Известен генератор аэрозоля (патент RU2142836), включающий в себя пиротехнические шашки, воспламенитель, ресивер, и выполненный в виде жестко связанных, коаксиально смонтированных, перфорированных цилиндров блока охлаждения и корпуса, которые оснащены термозащитными оболочками из отверждающегося материала (строительного гипса, пенобетона и др.).
Выходной реверсивный канал между корпусом и кожухом блока охлаждения закрыт крышкой с соплами, выполняющей функции диафрагмы. Охлаждение газо-аэрозольной смеси происходит за счёт прохождения через описанный межтрубный лабиринт и эжектор аксиального насадка.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и повышенное гидравлическое сопротивление газо-аэрозольному потоку, что влечёт за собой опасность повышенного давления в ресивере и необходимость тепловой защиты корпуса из-за высокой температуры горения аэрозолеобразующего состава (АОС).
В патентах RU193526 и RU153729 охлаждение аэрозольной струи осуществляется в смесительной камере, в которую поступает сформированный огнетушащий аэрозоль или газ под большим давлением из камеры сгорания через рабочее сопло. Смесительная камера образованна стенками цилиндрического корпуса генератора огнетушащего аэрозоля и выполнена в виде эжектора с боковыми сопловыми отверстиями для подсасывания атмосферного воздуха извне в смесительную камеру, тем самым образуя на выходе направленный и охлаждённый поток огнетушащей газо-аэрозольной струи.
Недостатком такой конструкции является необходимость обеспечить равномерный подсос воздуха по образующей корпуса, то есть выдержать расстояния между генератором и вмещающими конструкциями, что порой затруднительно, а порой невыполнимо. В условиях плотного монтажа элементов конструкции (например, в электрических шкафах, подкапотном пространстве автомобиля) симметричный боковой подсос воздуха практически исключён.
Известен генератор огнетушащего аэрозоля (RU2189840), представляющий собой цилиндрический или призматический корпус с выпускными отверстиями для огнетушащего аэрозоля, расположенными в одном или нескольких рядах, причем минимальное расстояние Н между выпускными отверстиями относится к диаметру выпускного отверстия Д как Н/Д = 0,5-4. Внутри корпуса расположены заряд из аэрозолеобразующего состава (АОС) и воспламенитель. На корпусе рядом с выпускными отверстиями выполнены патрубки с эжекционными отверстиями, расположенные параллельно направлению струи истекающего аэрозоля. В процессе горения АОС выделяемый огнетушащий аэрозоль истекает через выходные отверстия несколькими разрозненными струями, которые смешиваются с воздухом, подсасываемым через эжекционные отверстия патрубков, и частично охлаждаются.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции и разнонаправленность газо-аэрозольных струй.
Известен огнетушитель аэрозольного типа (патент JP2011062340), включающий в себя цилиндрический корпус с боковыми сопловыми отверстиями, в нижней части которого расположен твердый заряд аэрозолеобразующего состава. Верхняя часть цилиндрического корпуса представляет собой полую камеру, образованную стенками корпуса и отделенную от нижней части диафрагмой с сопловыми отверстиями для выхода аэрозольной струи.
Цилиндрический корпус помещается во внешний цилиндрический контейнер, между стенками которых образуется межтрубное пространство, которое служит теплозащитой контейнера, и через которое осуществляется подсасывание атмосферного воздуха эжектором внутреннего цилиндра.
Недостатками данного устройства является сложность конструкции, большая материалоёмкость, увеличенные габариты. Эти недостатки обусловлены:
а) применением высокотемпературного топлива, что приводит к использованию усиленной теплоизоляции, воздушного зазора межтрубного пространства и установки дополнительных теплозащитных элементов контейнера АОС;
б) низкой эффективностью эжектора, так как сопловые отверстия для подсасывания атмосферного воздуха расположены в верхней части цилиндра на большом расстоянии от соплового блока, что приводит к снижению коэффициента эжекции. К тому же струя аэрозоля имеет большой диаметр и подмес воздуха коснётся только поверхностного слоя потока аэрозоля.
Данное техническое решение является наиболее близким аналогом к заявленному изобретению и может выступать в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание конструкции ГОА, обеспечивающей эффективное охлаждение высокотемпературной огнетушащей аэрозольной струи без дополнительных охлаждающих компонентов при достижении высокой эффективности пожаротушения, безопасного воздействия аэрозоля на объекты охраняемого помещения и простоты конструкции.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении температуры высокотемпературной огнетушащей аэрозольной струи при расширении функциональных возможностей применения ГОА и увеличении огнетушащей способности. В тоже время конструкция предложенного ГОА проста, надежна за счет отсутствия дополнительных охлаждающих компонентов и отсутствия эжекционных отверстий на корпусе устройства, которые могут перекрываться внешними объектами и нарушаться симметричный боковой подсос воздуха, что в целом значительно удешевляет производство предложенных генераторов.
Достижение указанных результатов осуществляется за счет генератора огнетушащего аэрозоля, выполнение которого представлено в двух вариантах, которые образуют группу изобретений.
В первом варианте исполнения, генератор огнетушащего аэрозоля выполнен в виде цилиндрического или призматического корпуса, включающий в себя заряд аэрозолеобразующего или газообразующего состава и узел запуска, отличающийся тем, что в корпусе ГОА установлена диафрагма с сопловыми отверстиями, отделяющая блок заряда АОС, образуя полую камеру в верхней части корпуса ГОА, в которую установлена коаксиальная труба меньшего диаметра, чем корпус ГОА, при этом коаксиальная труба выполнена с эжекционными отверстиями в нижней части ее корпуса и соединена  с диафрагмой.
Во втором варианте исполнения, генератор огнетушащего аэрозоля выполнен в виде цилиндрического или призматического корпуса, включающий в себя заряд аэрозолеобразующего или газообразующего состава и узел запуска, отличающийся тем, что в корпусе ГОА установлена диафрагма с сопловыми отверстиями, отделяющая блок заряда АОС, образуя полую камеру в верхней части корпуса ГОА, в которую установлена коаксиальная труба меньшего диаметра, чем корпус ГОА, при этом коаксиальная труба совмещена с диафрагмой с кольцевым зазором, образованным между нижней частью коаксиальной трубы и диафрагмой.
В обоих вариантах сопловые отверстия диафрагмы расположены внутри поперечной плоскости коаксиальной трубы, если ее спроецировать на диафрагму. Коаксиальная труба может иметь форму цилиндра или призмы.
Единство изобретения обусловлено общей идеей, при которой генератор огнетушащего аэрозоля, выполненный в виде цилиндрического или призматического корпуса, который разделен диафрагмой с сопловыми отверстиями на две части – одна, содержит заряд аэрозолеобразующего или газообразующего состава, а вторая образует полую камеру в верхней части корпуса ГОА, в которой установлена коаксиальная труба меньшего диаметра, чем корпус ГОА. В одном варианте на коаксиальной трубе на максимально близком расстоянии к диафрагме выполнены эжекционные отверстия. В таком варианте коаксиальная труба по ее периметру соединена с диафрагмой. В другом варианте между коаксиальной трубой и диафрагмой образован зазор, выполняющий функцию эжекционного отверстия. При этом зазор может быть выполнен кольцевым по всему периметру коаксиальной трубы. В этом случае коаксиальная труба закрепляется на внутренней стенке корпуса ГОА. Также зазор может быть выполнен в месте соединения коаксиальной трубы и диафрагмы и таких зазоров может быть несколько.
Далее изобретение будет описано по ссылкам на чертежи:
фиг.1 - Общая схема первого варианта исполнения генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА), вид сверху, где 1 - корпус ГОА, 2 - заряд АОС, 3 - узел запуска, 4 - диафрагма, 6 - коаксиальная труба, выполненная в виде эжектора, 7 - эжекционные отверстия коаксиальной трубы, 8 - камера коаксиальной трубы, 9 - выходное сопло коаксиальной трубы, 10 - межтрубная полость, образованная стенками корпуса ГОА и коаксиальной трубы;
фиг.2 - Общая схема второго варианта исполнения генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА), вид сверху, где 1 - корпус ГОА, 2 - заряд АОС, 3 - узел запуска, 4 - диафрагма, 6 - коаксиальная труба, 8 - камера коаксиальной трубы, 9 - выходное сопло коаксиальной трубы, 10 - межтрубная полость, образованная стенками корпуса ГОА и коаксиальной трубы, 11 - зазоры, образованные между нижней частью коаксиальной трубы и диафрагмой, 12 - опоры для установки коаксиальной трубы;
фиг.3 - Общая схема генератора огнетушащего аэрозоля (ГОА). вид спереди, где 5 - сопловые отверстия диафрагмы для выхода огнетушащего аэрозоля.
ГОА представляет собой цилиндрический или призматический корпус (1), в нижней части которого расположены заряд низкотемпературного беспламенного аэрозолеобразующего или газообразующего состава (2) и узел запуска (3). Верхняя часть корпуса ГОА представляет собой полую камеру, образованную стенками корпуса ГОА (1) и отделена от его нижней части диафрагмой (4) с сопловыми отверстиями для выхода огнетушащего аэрозоля или газа (5). Диафрагма (4) неподвижно зафиксирована в корпусе ГОА (1).
В первом варианте исполнения ГОА (фиг.1) коаксиальная труба (6), меньшего диаметра, чем корпус ГОА (1), выполнена в виде эжектора с эжекционными отверстиями (7) в нижней части ее корпуса и жестко соединена с диафрагмой (4) по всему периметру трубы.
Эжекционные отверстия (7) выполнены максимально близко к диафрагме (4). Это обусловлено тем, что в нижней части возле сопловых отверстий струя выходит с наибольшим давлением. Это создает большую разницу давлений с атмосферным воздухом и воздух с большей интенсивностью подсасывается через эжекционные отверстия.
Во втором варианте исполнения ГОА (фиг.2) коаксиальная труба (6), меньшего диаметра, чем корпус ГОА (1), совмещена с диафрагмой (4) с зазорами (11), образованным между нижней частью коаксиальной трубы (6) и диафрагмой (4), причем коаксиальная труба зафиксирована в корпусе ГОА на минимальном расстоянии от диафрагмы.
Коаксиальная труба может быть установлена в полой камере верхней части корпуса ГОА с помощью винтового соединения или фиксирующих опор, закрепленных на диафрагме или стенках корпуса ГОА.
Узел запуска (воспламенитель) в предлагаемых вариантах исполнения ГОА может быть любого типа, известного из уровня техники.
Генератор огнетушащего аэрозоля (ГОА) работает следующим образом.
При подаче пускового импульса на узел запуска (3) происходит воспламенение заряда из низкотемпературного беспламенного аэрозолеобразующего или газообразующего состава (2), при сгорании которого образуется пожаротушащая аэрозолегазовая или газовая смесь, которая под большим давлением выходит через выпускные сопловые отверстия (5) диафрагмы (4) и поступает в камеру коаксиальной трубы (8).
Сформированная высокотемпературная аэрозольная струя истекает из выходного сопла коаксиальной трубы (9) под большим давлением, в результате чего атмосферный воздух всасывается через межтрубную полость (10), и через эжекционные отверстия (7) коаксиальной трубы (см. фиг. 1) или через зазоры (11) см. фиг. 2, поступает в камеру коаксиальной трубы (8), где происходит активное перемешивание струи огнетушащего аэрозоля или газа с воздухом, что дополнительно снижает температуру газо-аэрозольной струи. К тому же подсасываемый воздух, проходя через межтрубную полость (10), эффективно охлаждает и корпус ГОА.
Необходимо отметить, что воздух попадает в камеру коаксиальной трубы в отсутствие препятствий на пути его поступления, так как воздух поступает с торца, с которого происходит распространение аэрозоле-газовой пожаротушащей струи, а условия применения ГОА исключают любые препятствия на пути распространения пожаротушащей струи. В результате создается симметричный боковой подсос воздуха и симметричное/равномерное охлаждение струи и корпуса ГОА.
Таким образом, из-за существенного снижения температуры генерируемой огнетушащей аэрозоле-газовой струи, предложенный ГОА при простоте конструкции, обладает повышенной эффективностью тушения, минимизирует риск повреждения защищаемых объектов, исключает травматизм при применении и ложном срабатывании.