СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ОГНЕТУШИТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF FIRE EXTINGUISHER ACTIVATION AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к жидкостному и порошковому пожаротушению, применяемому как при объемном, так и при поверхностном тушении в автоматических и автономных системах пожаротушения.
Заявляемые способ и устройство предназначены для использования в обычном порошковом огнетушителе для подачи при пожаре в контролируемую зону огнетушащих жидкостей или порошка.
Известно (Огнетушитель - Википедия.mhl), что огнетушитель - переносное или передвижное устройство для тушения очагов пожара за счет выпуска запасенного огнетушащего вещества. Ручной огнетушитель обычно представляет собой цилиндрический баллон красного цвета с соплом или трубкой. При введении огнетушителя в действие из его сопла под большим давлением начинает выходить вещество, способное потушить огонь. Таким веществом может быть пена, вода, какое-либо химическое соединение в виде порошка, а также диоксид углерода, азот и другие химически инертные газы.
Известен огнетушитель (Авторское свидетельство SU №608529, кл. А62С 13/42, опубл. 12.05.1978), содержащий разрывной баллон для огнегасительного состава с рукояткой, в которой размещен сосуд для сжатого газа и запорно-пусковое устройство с элементом задержки распыления огнегасительного состава.
Для приведения огнетушителя в действие необходимо сорвать колпачок с предохранительной чекой с теплового замка и бросить огнетушитель в очаг пожара. Под действием температуры тепловой замок расплавляется, в результате чего сжатый газ перемещает элементы запорно-пускового устройства и огнегасительный состав распыляется в контролируемой зоне.
Недостатком работы огнетушителя является неэффективное использование огнегасительного состава. Это связано с тем, что при наддуве разрывного баллона сжатым газом происходит местный разрыв его оболочки ввиду невозможности изготовления оболочки равнопрочной. Это сказывается на работе огнетушителя в целом.
Известен спринклерный ороситель (Свидетельство Российской Федерации на полезную модель №18931, МПК А62С 37/12, опубл. 10.08.2001), содержащий корпус со штуцером, распылительную розетку, тепловой замок, выполненный в виде стеклянной колбы с легкокипящей жидкостью, и запорный клапан, состоящий из крышки и компенсатора. В устройстве дополнительно предусмотрена пружина сброса крышки запорного клапана, закрепленная за дужки корпуса и огибающая с одной стороны крышку.
Благодаря такому конструктивному решению пружина при освобождении срабатывает как сбрасыватель и устраняет зависание элементов запорного клапана.
Однако в этом устройстве не предусмотрены меры по интенсификации процесса разрушения стеклянной колбы с легкокипящей жидкостью.
Известен способ зарядки самосрабатывающего огнетушителя (Патент Российской Федерации №2372953, кл. А62С 2/00, A62D 1/00, опубл. 20.11.2009), который осуществляют путем послойного засыпания огнетушащего порошка и газообразующего агента, причем газообразующий агент размещают между слоями огнетушащего порошка, дополнительного раздельного уплотнения каждого слоя и последующей герметизации сосуда. Данное устройство является автономным и срабатывает непосредственно от очага пожара без участия человека при разрыве стеклянного сосуда после нагрева до определенной температуры.
Однако устройство, реализующее данный способ, обладает высокой инерционностью срабатывания и низкой эффективностью подавления огня.
Известен термочувствительный спринклер (Патент Российской Федерации №2339419, МПК А62С 37/08 (2006.01), опубл. 27.11.2008), имеющий ампулу, при этом ампула содержит: корпус, в котором имеется пустое пространство; способную расширяться текучую среду, содержащуюся в пустом пространстве, и электронагревательную спираль, предназначенную для нагрева способной расширяться текучей среды, при этом электронагревательная спираль содержит первую электронагревательную спираль, образованную из первого проводника, и вторую электронагревательную спираль, образованную из второго проводника, причем первая и вторая электронагревательные спирали прикреплены друг к другу, в результате чего создается элемент для измерения температуры.
Однако в этом устройстве на предусмотрены меры по интенсификации процесса разрушения ампулы с текучей средой, способной расширяться при нагреве последней.
Известен спринклерный ороситель с управляемым пуском (Патент Российской Федерации №2379080, МПК А62С 37/08 (2006.01), А62С 35/10 (2006.01), опубл. 20.01.2010), принятый за прототип заявляемого технического решения.
Устройство содержит корпус, в котором размещен прижатый через уплотняющую дисковую пружину запорный клапан, терморазрушающийся чувствительный элемент, соединенный с термонагревательным элементом, с выводами для связи с управляющим источником питания, снабжен нормально-замкнутой контактной группой, связанной с выводами термонагревательного элемента.
Работает спринклерный ороситель следующим образом. В дежурном режиме по электрической цепи оросителя протекает ток, недостаточный для разогрева нагревательного элемента, обеспечивающего терморазрушение чувствительного элемента для открытия выходного отверстия оросителя. Этот ток используется для контроля целостности цепи управления и, соответственно, индикации состояния оросителя (открыт/закрыт).
При возникновении пожара и последующем тепловом воздействии на ороситель происходит разрушение чувствительного элемента. Так как чувствительный элемент является устройством, фиксирующим запорный клапан оросителя, то под воздействием давления воды/воздуха в спринклерной системе и усилия уплотняющей дисковой пружины происходит выталкивание запорного клапана вместе с конусной чашкой, что приводит к открытию выходного отверстия оросителя и одновременно размыканию контактной группы управляющей цепи, в результате обеспечена возможность контроля срабатывания оросителя.
Дополнительно к вышеуказанному варианту возможен принудительный способ вскрытия оросителя до момента разрушения чувствительного элемента от воздействия пожара. В случае более раннего обнаружения возгорания (средствами автоматической пожарной сигнализации, визуально и т.д.) возможно осуществление вскрытия оросителя путем подачи через управляющую цепь тока, существенно превышающего ток в дежурном режиме, способного разогреть нагревательный элемент до значений, позволяющих разрушить чувствительный элемент и открыть выходное отверстие оросителя для подачи огнетушащего вещества и проконтролировать срабатывание оросителя при размыкании контактной группы.
Однако в этом устройстве также на предусмотрены меры по интенсификации процесса разрушения чувствительного элемента.
Задача настоящего изобретения - повысить эффективность процесса разрушения термочувствительного элемента в устройстве для приведения в действие огнетушителя за счет применения нового способа его разрушения.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе приведения в действие огнетушителя, включающем в себя конфигурирование термочувствительного элемента, зоны его нагрева тепловым потоком непосредственно от очага пожара и зоны локального нагрева термочувствительного элемента термонагревательным элементом, формирование в ограниченном объеме внутри термочувствительного элемента средства разрушения в виде терморасширяющегося вещества, обладающего при нагревании свойствами значительного увеличения в объеме, разрушение термочувствительного элемента после обнаружения очага пожара в одной из зон нагрева и пропуск огнетушащего вещества из огнетушителя для подачи его в зону горения, при конфигурировании термочувствительного элемента в зоне его нагрева тепловым потоком непосредственно от очага пожара создают дополнительный слой покрытия на наружной поверхности термочувствительного элемента, которое обладает максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия, ограниченный объем внутри термочувствительного элемента заполняют вспучивающимся при нагревании веществом, а при тепловом воздействии на термочувствительный элемент от очага пожара формируют направленный поток тепловых лучей, сфокусированных от вогнутого сферического зеркального устройства на соответствующую зону нагрева.
Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в устройстве для приведения в действие огнетушителя, содержащем корпус с входным и выходным отверстием для пропуска огнетушащего вещества в зону горения, в котором размещен прижатый через уплотняющую дисковую пружину запорный клапан, термочувствительный элемент, выполненный в виде стеклянной колбы, средства нагрева его зон, одно из которых выполнено в виде термонагревательного элемента, чашку, расположенную между запорным клапаном и термочувствительным элементом, и средство его разрушения, заключенное герметично внутри стеклянной колбы названного элемента и выполненное в виде вещества, обладающего при нагревании свойствами значительного увеличения в объеме, наружная поверхность термочувствительного элемента, находящаяся в зоне его нагрева тепловым потоком непосредственно от очага пожара, окрашена дополнительным слоем покрытия, которое обладает максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия, терморасширяющееся вещество выполнено в виде вспучивающегося при нагревании вещества, а чашка выполнена в виде вогнутого сферического зеркального устройства, например вогнутой полусферы, обращенной к названной зоне.
Технический эффект, реализуемый в способе приведения в действие огнетушителя, обуславливается следующим.
Создание дополнительного слоя покрытия на наружной поверхности термочувствительного элемента, которое обладает максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия, позволяет интенсифицировать процесс нагрева этого элемента. Это приводит к увеличению скорости разрушения оболочки (стенок) стеклянной колбы термочувствительного элемента после повышения температуры окружающей среды до определенного критического уровня.
Заполнение ограниченного объема внутри термочувствительного элемента вспучивающимся при нагревании веществом позволяет использовать новое эффективное вещество для разрушения стенок названного элемента, изготовленных из хрупкого материала, чаще всего из стекла.
Создание при тепловом воздействии на термочувствительный элемент от очага пожара направленного потока тепловых лучей позволяет:
- сфокусировать его с помощью вогнутого сферического зеркального устройства на соответствующей зоне нагрева;
- интенсифицировать скорость нагрева терморасширяющегося вещества.
Технический эффект, реализуемый заявляемым устройством, обуславливается следующим.
Создание на наружной поверхности термочувствительного элемента дополнительного слоя покрытия, обладающего максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия, позволяет интенсифицировать процесс нагрева стеклянной колбы тепловым потоком непосредственно от очага пожара, а также заключенного герметично внутри названного элемента терморасширяющегося вещества.
Применение в качестве терморасширяющегося вещества, выполненного в виде вспучивающегося при нагревании вещества, позволяет создать новое эффективное средство разрушения стеклянной колбы термочувствительного элемента.
Применение вогнутого сферического зеркального устройства для дополнительного нагрева тепловым потоком непосредственно от очага пожара позволяет применить новый способ запуска запорно-пусковых устройств огнетушителя.
Признаки, приведенные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного технического результата, то есть являются существенными.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к противопожарной технике, в том числе, известные способы разрушения термочувствительных элементов запорно-пусковых устройств.
Известен способ приведения в действие установки для тушения пожара (варианты) и устройство для его реализации (варианты) (Патент Российской Федерации №2566491, МПК А62С 37/40 (2006.01), опубл. 27.10.2015).
В одном из вариантов способа и устройства предусмотрено создание зоны разрушения мембраны и формирование ограниченного объема между слоями мембраны, при этом ограниченный объем заполняют веществом, обладающим значительным коэффициентом объемного расширения при повышении температуры до определенных значений, и производят после приложения электрического импульса нагревание вещества и разрушение мембраны в зоне ее разрушения за счет значительного увеличения объема названного вещества в ограниченном объеме между слоями мембраны.
Однако в отмеченном техническом решении не рассматривались следующие вопросы:
- разрушения хрупкого элемента, выполненного, например, из стекла, с помощью вещества, обладающего значительным коэффициентом объемного расширения при повышении температуры до определенных значений;
-  альтернативного варианта разрушения мембраны взамен создания только зоны ее разрушения при приложении электрического импульса к нагревательному элементу.
В заявляемом техническом решении для интенсификации процесса разрушения термочувствительного элемента предусмотрены две зона его нагрева: одна - тепловым потоком непосредственно от очага пожара, другая - зона нагрева термочувствительного элемента термонагревательным элементом при подачи электрического импульса.
Известен порошковый автоматический огнетушитель (Патент Российской Федерации №2060742, МПК А62С 35/10, опубл. 27.05.1996), содержащий герметичный разрушаемый сосуд с огнетушащим порошком, автономный источник генерации рабочего газа и пусковое устройство с термочувствительным и электронагревательным элементами, размещенными внутри герметичного разрушаемого сосуда. Термочувствительный элемент выполнен в виде обруча из термочувствительного полимерного материала, прилегающего к внутренней поверхности стенки разрушаемого сосуда и обжимающего упругую скобу пускового устройства, имеющую подвижные в тангенциальном направлении рабочие губки, между которыми размещен автономный источник генерации рабочего газа, а электронагревательный элемент выполнен из электропроводной краски, нанесенной на поверхность термочувствительного элемента или на внутреннюю поверхность стенок герметичного разрушаемого сосуда.
Однако созданное на поверхности термочувствительного элемента покрытие не приспособлено к улавливанию максимального количества лучистой энергии, доходящей от очага пожара до указанного устройства.
Известен спринклер (Авторское свидетельство СССР №1839812, МПК А62С 37/08, опубл. 27.07.2005), содержащий корпус с дужками, дефлектор, запорный элемент, перекрывающий отверстие корпуса, упорное средство в виде стеклянной трубки, имеющей участок сужения по наружному диаметру, заключенной между нижней и верхней опорами, средство разрушения трубки и термочувствительный элемент.
Средство разрушения выполнено в виде изогнутого посередине отрезка проволоки из материала, обладающего пружинистыми свойствами, отрезок проволоки огибает трубку на участке ее сужения и зафиксирован посередине термочувствительным элементом в виде легкоплавкой нити, причем концы отрезка проволоки помещены с возможностью осевого перемещения в выполненные в соответствующих дужках корпуса отверстиях, которые смещены от оси спринклера на величину эксцентриситета, равную или большую диаметра трубки в месте ее сужения.
Устройство содержит устройство фиксации нити, размещенное в неподвижном блоке, установленном на периферии сферического экрана, смонтированного на корпусе.
Однако конструкция спринклера не приспособлена (по сравнению с заявляемым техническим решением) к тому, чтобы интенсифицировать процесс нагрева термочувствительного элемента: экран не имеет зеркального покрытия, наружная поверхность термочувствительного элемента, находящаяся в зоне его нагрева тепловым потоком непосредственно от очага пожара, не окрашена дополнительным слоем покрытия, которое обладает максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия и т.д.
Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные ранее задачи, решаемые заявляемыми способом и устройством.
На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.
Осуществление технического решения, заложенного в способе приведения в действие огнетушителя и устройстве для его осуществления, может быть реализовано следующим образом.
При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.
Известно (http://studopedia.net/4_16214_ognegasyashchie-sredstva.html), что основными огнегасящими веществами являются вода, химическая и воздушно-механическая пены, водные растворы солей, инертные и негорючие газы, водяной пар, галоидоуглеводородные огнегасящие составы и сухие огнетушащие порошки.
Применение воды в качестве огнетушащего вещества, как было отмечено ранее, ограничено в области низких температур.
Применение химической и воздушно-механической пены в качестве огнетушащего вещества практически невозможно потому, что, как отмечено в работе (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004, с. 228), пены характеризуются агрегативной и термодинамической неустойчивостью.
2
3
2
2
Применение водных растворов солей, даже имеющих низкую точку замерзания, в качестве огнетушащего вещества ограничено тем, что, как отмечено в работе (Баратов А.Н. Горение-Пожар-Взрыв-Безопасность. - М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2004 с. 220-221), для понижения температуры замерзания воды применяют специальные добавки (антифризы): минеральные соли (KCO, MgCl, СаСl), некоторые спирты (гликоли). Однако соли повышают коррозионную способность воды, поэтому их практически не используют. Применение гликолей существенно повышает стоимость тушения.
Применение инертных и негорючих газов в качестве огнетушащего вещества, например углекислоты, ограничено их использованием, как правило, в закрытых помещениях для объемного пожаротушения и обязательно при отсутствии людей в контролируемой зоне.
Применение галоидоуглеводородных огнегасящих составов в качестве огнетушащего вещества ограничено их использованием, как правило, в закрытых помещениях для объемного пожаротушения.
Применение водяного пара в качестве огнетушащего вещества ограничено тем, что пар при длительном хранении в замкнутом пространстве начинает конденсироваться и превращаться в воду, применение которой в названном устройстве ограничено, как было отмечено ранее, в области низких температур.
Известно, что среди существующих средств пожаротушения - водных, пенных, газовых, аэрозольных и порошковых, порошковые имеют ряд принципиально важных преимуществ (http://www.tungus.net/Преимущества порошковых средств пожаротушения). Они универсальны, имеют высокую эффективность и невысокую стоимость. В отличие от систем объемного пожаротушения (газового, аэрозольного) для них не требуется обеспечение условий герметичности защищаемых объектов и трубной разводки для подачи внутрь защищаемого объекта огнетушащего порошка, а в отличие от водных и пенных они имеют значительно более широкий диапазон температурного использования (особенно в области низких температур) и длительный срок эксплуатации. При этом они не причиняют значительного ущерба для окружающих предметов, не содержат в своем составе токсичных веществ и могут использоваться практически на любых объектах. Поэтому именно порошковые огнетушители являются наиболее распространенным средством тушения очагов пожара и составляют свыше 80% от всех выпускаемых в мире огнетушителей.
Известно (Огнетушитель - Википедия.mhl.), что огнетушители различают по способу срабатывания:
- автоматические (самосрабатывающие) - обычно стационарно монтируются в местах возможного возникновения пожара;
- ручные (приводятся в действие человеком) - располагаются на специально оформленных стендах;
- универсальные (комбинированного действия) - сочетают в себе преимущества обоих вышеописанных типов.
Огнетушители порошковые самосрабатывающие предназначены для тушения без участия человека огнетушащими порошками типа ABC загораний твердых и жидких веществ, нефтепродуктов, электрооборудования под напряжением до 5000 В, в небольших складских, технологических, бытовых помещениях, гаражах и пр. без постоянного пребывания в них людей. При необходимости могут использоваться вместо или вместе с переносными огнетушителями.
Огнетушители (http://occtv.ru/okhrana/ognetushiteli/ustrojjsvo-ognetushitelya.html) также различаются по способу подачи огнетушащего состава. Каждый способ определяет, каким именно образом происходит вытеснение огнетушащего состава из корпуса:
- под давлением газа, который подается из специального баллона, расположенного в корпусе огнетушителя;
- под давлением газа, который образуется в результате химической реакции;
- под собственным давлением огнетушащего вещества;
- под давлением газа, который был предварительно закачан в корпус огнетушителя.
В книге (Н.Ф. Бубырь, В.П. Бабуров, В.А. Потапов. Производственная и пожарная автоматика. Часть II. Пожарная автоматика. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986, с. 147-148, рис. 11.1) приведено описание установки автоматической пожарной автономной, в том числе, в порошковом варианте. Для запуска этой установки предусмотрен спринклер с тепловым замком.
В книге (Н.Ф. Бубырь, В.П. Бабуров, В.И. Мангасаров. Пожарная автоматика. Издание 2-е, переработанное и дополненное. М.: Стройиздат, 1984, с. 61-62, рис. 39,6) приведено описание спринклерного оросителя с замком в виде стеклянной колбы, заполненной жидкостью с высоким коэффициентом объемного расширения.
Известно запорно-пусковое устройство (Авторское свидетельство СССР №1625500, опубл. 07.02.1991), содержащее корпус с выходным отверстием, закрытым пробкой, удерживаемой фиксатором с чувствительным элементом, включенным в электрическую цепь следящей системы и в цепь системы дистанционного управления, и дефлектор.
Чувствительный элемент представляет собой герметичную стеклянную колбу, в которую помещен спирт, легко испаряющийся при нагревании.
При возникновении пожара и повышении температуры окружающей среды до 70-90°C спирт, расширяясь до критического давления, разрушает стеклянную колбу, пробка, освобождаясь, открывает отверстие и включает установку пожаротушения, обеспечивая подачу огнетушащей жидкости на очаг пожара.
Однако минимальная масса легкоиспаряющегося при нагревании вещества (в данном случае - спирта), необходимая для разрушения стеклянной колбы, в отмеченном изобретении не определена.
Известно (В.М. Яворский, А.А. Детлаф. Справочник по физике. М.: Физматгиз, 1963, с. 137-138), что с достаточной степенью точности газы можно считать идеальными в тех случаях, когда рассматриваются их состояния, далекие от области фазовых превращений. Для идеальных газов справедливо уравнение состояния идеального газа.
Общую массу минимально необходимого легко испаряющегося при нагревании вещества, заключенного в оболочку (стеклянную колбу), можно определить по формуле:
где μ - молекулярный вес,
0
V - объем воздушной прослойки (она практически занимает небольшой объем и возникает при заполнении стеклянной колбы;
1
V - объем пара, легко испаряющегося при нагревании вещества;
μ
кр
кр
V - молярный объем; полученный легко испаряющегося при нагревании вещества при достижении давления и температуры внутри оболочки значений Р и Т.
5
кр
При нормальных условиях Р'=10 Ра, Т'=273 K общий объем ядра равен
μ
кр
кр
5
Известно, что 1 кг моль любого вещества в газообразном состоянии занимает объем V' при Р'=10 Ра, Т'=273 К, где Р' и Т' - справочные величины.
Число молей легко испаряющегося при нагревании вещества определяется по формуле:
n=М/μ.
μ
V можно вычислить из уравнения
μ
где V' - справочная величина.
Отсюда
Тогда в критических условиях
Отсюда следует, что при условии полного испарения названного вещества выполняется следующее условие:
кр
В данном расчете авторы изобретения определяют минимально необходимую массу легко испаряющегося при нагревании вещества, при достижении значений критического давления паров которого, равных Р, происходит разрушение стеклянной колбы.
Известен ряд легко испаряющихся при нагревании веществ (Коэффициенты объемного расширения жидкостей.mht).
Коэффициенты объемного расширения жидкостей приведены в табл.
Известно (П.И. Самойленко, А.В. Сергеев. Физика. - М.: 2002), что все тела расширяются при нагревании, однако степень этого расширения различна для различных веществ: какие-то расширяются значительно, а какие-то практически не расширяются. Эта степень характеризуется коэффициентом теплового расширения. Как правило, наибольшие коэффициенты расширения у газов, затем у жидкостей, а затем у твердых тел. Сильнее всего при нагревании расширяются газы, потом жидкости и потом твердые тела.
3
Из твердых тел сильнее всех расширяется воск, превышая в этом отношении многие жидкости. Коэффициент теплового расширения воска в зависимости от сорта в 25-120 раз больше, чем у железа. Из жидкостей сильнее других расширяется эфир. Однако есть жидкость, расширяющаяся в 9 раз сильнее эфира - жидкая углекислота (СО) при +20 градусах Цельсия. Ее коэффициент расширения в 4 раза больше, чем у газов.
Отсюда следует, что в заявляемом техническом решении следует применить вещество, обладающее при нагревании свойствами значительного увеличения в объеме в качестве локального механического средства разрушения стеклянной колбы.
В соответствии с современными представлениями о механизме вспучивания, когда под воздействием пламени и высокой температуры происходит размягчение связующего, вспучивание его выделяющимися при разложении антипиренов газами (И.Г. Романенко, Ф.А. Левитес. Огнезащита строительных конструкций, М.: Стройиздат, 1991, с. 213). При действии высоких температур вещество, например краска, вспучивается, многократно увеличиваясь в объеме с образованием пористого слоя.
Известно (Огнезащитные материалы.mht), что при нагревании толщина слоя краски увеличивается в 10-40 раз. Как правило, вспучивающиеся краски более эффективны, так как при тепловых воздействиях происходит образование вспененного слоя, представляющего собой закоксовавшийся расплав негорючих веществ (минеральный остаток). Образование этого слоя происходит за счет выделяющихся при нагревании газо- и парообразных веществ.
Известно применение огнетушащих порошков, обладающих повышенной огнетушащей и изолирующей за счет вспучивания на нагретых поверхностях способностью (http://www.innovaterussia.ru/project/blog/current/8382. А.В. Беловошин. Огнетушащий порошок, с повышенной изолирующей способностью нагретых поверхностей). Проведенный анализ научно-технической информации в области патентования и исследований в данной области (Патент RU №2220998, 2002, МПК C09D123/08; патент RU №2232612, 2003, МПК A62D 1/00; патент RU №223588, 2003, МПК A62D 1/00) показал наличие возможности применения огнетушащего порошка, обладающего способностью вспучивания.
Из приведенных данных о вспучивающихся при нагревании веществах следует в первую очередь обратить внимание, по мнению авторов изобретения, на вспучивающиеся краски, обладающие более значительным коэффициентом объемного расширения по сравнению с другими приведенными в таблице жидкостями, например по сравнению с этиловым спиртом.
Известно (http://www.bankreferatov.ru/referats), что при попадании лучистой энергии на какое-либо тело поглощается лишь часть этой энергии; другая ее часть отражается, а некоторая часть проходит сквозь тело. Тела, поглощающие всю падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно черными. Тела, полностью отражающие падающую на них лучистую энергию, называются абсолютно белыми, а тела, пропускающие всю падающую на них энергию, - абсолютно прозрачными.
Абсолютно черных, белых и прозрачных тел в природе не существует.
Поглощение и отражение лучистой энергии твердыми телами в значительной степени зависит от состояния их поверхности: гладкие и полированные поверхности обладают высокой отражательной способностью; шероховатые поверхности, наоборот, обладают высокой поглощательной способностью. Наиболее высокой поглощательной способностью, близкой к абсолютно черному телу, обладает сажа, которая поглощает 90-96% падающей на нее лучистой энергии.
По данным (http://teplodom42.ru/vio/konvekcija_i_luchistaja energija.html), в качестве примера, можно привести то, что для лака черного матового при t=40-100°C ε=0,96-0,98.
Известно (http://studopedia.net/8_36270_energii.html), что поглощательная способность абсолютно черного тела А=1. Реальные тела, даже такие как сажа или черный бархат, отражают не менее 2-3% всей падающей лучистой энергии. Модель абсолютно черного тела представляет собой «ловушку» для лучей, в которой попавший луч поглощается полностью после многократных отражений.
Известно (http://stringer46.narod.ru/Radiation.htm), что плотность потока собственного интегрального излучения абсолютно черного тела можно найти на основании закона Планка как суммарную энергию излучения тела по всем длинам волн
В результате интегрирования найдем
0
2
4
где с=5,67 Вт/(м⋅K) - коэффициент излучения абсолютно черного тела. Индекс «О» указывает на то, что рассматривается излучение абсолютно черного тела. Этот закон опытнымпутем найден Стефаном и теоретически обоснован Больцманом задолго установления закона Планка.
λ
0λ
Спектры излучения реальных тел отличны от спектра излучения абсолютно черного тела. При этом спектральная интенсивность излучения тела на любой длине волны никогда не превышает соответствующую спектральную интенсивность излучения абсолютно черного тела. В случае селективного спектра излучения на некоторых участках длин волн интенсивность излучения равна нулю. Частным случаем реальных тел являются серые тела, спектр излучения которых подобен спектру излучения абсолютно черного тела. Интенсивность излучения для каждой длины волны серого тела J составляет одну и ту же долю интенсивности излучения черного тела J, то есть
Здесь величина ε - степень черноты тела, зависящая от физических свойств тела, но всегда ε<1. Большинство реальных тел с определенной степенью точности можно считать серыми. Закон Стефана-Больцмана для серого тела с учетом выражения (9) имеет вид:
где с - коэффициент излучения серого тела.
Совершенно очевидно, что создание на наружной поверхности термочувствительного элемента, находящейся в зоне его нагрева тепловым потоком непосредственно от очага пожара, дополнительного слоя покрытия, обладающего максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия, позволяет:
- изменять такие параметры, как степень черноты при создании на наружной поверхности названного элемента дополнительного наружного слоя;
- получить в реальных условиях эффективное покрытие, обладающее максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия.
Вещества, используемые для создания слоя черного цвета, широко используются и в технике и в быту (Раков Э. / Самое черное изобретение / Газета «Химия» №15/2008).
Эти вещества предназначены для создания наружного слоя, который обладает максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия.
3
Наиболее популярные черные вещества - графит, сажа и черные красители - в воздушной среде имеют коэффициент отражения света 5-10%, т.е. с точки зрения и науки, и практики их вовсе нельзя считать действительно черными. Самые-самые черные вещества созданы в лабораториях. В Книге рекордов Гиннесса в 2004 г. появилось сообщение, что самым черным веществом является фосфид никеля NiP, у которого при нормальном направлении пучка света к поверхности коэффициент отражения составляет всего 0,16-0,18%. Этот состав отвечает лишь одному из шести известных фосфидов никеля, такой фосфид известен давно, довольно хорошо изучен, выпускается в промышленных масштабах и применяется как катализатор некоторых органических реакций. Его обнаружили и в метеоритах.
Когда были проверены оптические свойства фосфида никеля (2003), полученные значения вызвали сенсацию. Но и это вещество все же далеко не идеальный поглотитель: если угол падения лучей близок к 60°, его поверхность отражает 4-5% света.
Работа над созданием новых черных материалов продолжалась. В марте 2007 г. было объявлено о создании, по словам некоторых журналистов, «кусочка настоящего мрака» - покрытия, имеющего показатель преломления 1,05 и отражающего на воздухе всего 0,1% падающего света.
Ключом к созданию такого материала послужили основные законы прохождения света через материалы, преломления, отражения и дифракции световых лучей на поверхностях.
Для окраски оболочек капсул применяют красители (Промышленное производство и ассортимент лекарственных средств в капсулах, микрокапсулах, нанокапсулах, revolution.allbest.ru), разрешенные к медицинскому применению: эозин, эритрозин, кислотный красный 2С, тропеолин 00, индиготин, индиго, окрашенные сахара (руберозум, флаворозум, церулезум), а также разнообразные их сочетания. Из пигментных красителей используют оксиды железа, белый пигмент двуокись титана, который окрашивает капсулы в белый цвет, делая их одновременно непрозрачными.
Некоторые производители применяют природные красители (карминовая кислота, хлорофилл и другие), малая токсичность которых позволяет использовать их без ограничений в большинстве стран мира. С добавлением или без добавления титана диоксида они могут использоваться в числе натуральных оттенков как прозрачных, так и непрозрачных. Комбинации натурального желатина с натуральными красителями особенно подходят для активных средств с натуральной основой. Капсулы, предназначенные для заполнения светочувствительными веществами, должны быть непрозрачными. Установлено, что в дополнение цвета капсул: красный, черный, зеленый, голубой, оранжевый и коричневый наиболее подходят для защиты веществ от воздействия света.
В зависимости от используемых красителей и пигментов капсулы подразделяют на следующие группы:
натуральные прозрачные;
окрашенные прозрачные;
окрашенные непрозрачные;
двухцветные прозрачные и/или непрозрачные;
сочетание прозрачных и непрозрачных частей.
Известен способ получения красителей из сырья природного (растительного) происхождения (Патент RU, №2159258, опубл. 20.11.2000).
Полученный по предлагаемой технологии черный краситель из зеленого грецкого ореха или его кожуры обладает высокостойкими красящими свойствами в высококонцентрированной форме (для получения рабочей формы красителя концентрат разбавляют в 5000 раз) и предназначен для использования, в основном, в пищевой и фармацевтической промышленности для окрашивания желатиновых или белковых микрокапсул.
Предлагаемая технология позволяет получать экологически чистые без посторонних примесей дополнительный слой покрытия на наружной поверхности термочувствительного элемента устойчивого черного цвета, что является предпочтительным, по мнению авторов изобретения, для создания дополнительного наружного слоя на названном элементе в заявляемом техническом решении.
На фиг. 1 представлен общий вид (продольный разрез) устройства, реализующего заявляемый способ, на фиг. 2 - увеличенный вид термонагревательного элемента зоны локального нагрева термочувствительного элемента.
Устройство для приведения в действие огнетушителя состоит из корпуса 1 с отверстием 2 для пропуска огнетушащего вещества из огнетушителя для подачи его зону горения. В корпусе 1 размещен прижатый через уплотняющую дисковую пружину 3 запорный клапан 4, 5, выполненный в виде стеклянной колбы, средство локального нагрева термочувствительного элемента, выполненного в виде термонагревательного элемента 6 (фиг. 2).
1
2
Термочувствительный элемент 5 имеет две зоны нагрева: зону нагрева термочувствительного элемента 5 тепловым потоком непосредственно от очага пожара - b и зону локального нагрева термонагревательным элементом 6 - b.
1
Между запорным клапаном 4 и термочувствительным элементом 5 размещена чашка 7, которая выполнена в виде вогнутого сферического зеркального устройства, например вогнутой полусферы, обращенной к зоне b. На внутреннюю поверхность вогнутой полусферы 7 нанесено зеркальное покрытие 8.
Средство разрушения термочувствительного элемента 5 заключено в ограниченном объеме стеклянной колбы и выполнено в виде вспучивающегося при нагревании вещества 9, обладающего при нагревании свойствами значительного увеличения в объеме.
В качестве вспучивающегося вещества в заявляемом техническом решении, по мнению авторов изобретения, можно применить вспучивающуюся краску или огнетушащий порошок, обладающий указанными свойствами.
Известно (огнезащита металлоконструкций.htm), что современные огнезащитные составы наносятся на защищаемую поверхность слоем толщиной до 2 мм. Под воздействием высоких температур они увеличиваются в объеме до 70 раз и обладают огнезащитной эффективностью до 90 минут.
Эти сведения показывают, что при разрушении стеклянной колбы термочувствительного элемента 5 вполне возможно использование в качестве рабочего тела вспучивающейся краски или огнетушащего порошка, обладающих указанными свойствами при температуре выше порога, при которой во вспучивающемся веществе, заключенном в стеклянную колбу, происходит начало самопроизвольных химических реакций и физических процессов, приводящих к вспучиванию вещества.
1
2
Наружная поверхность термочувствительного элемента 5 (фиг. 1, фиг. 2), находящаяся в зоне b нагрева тепловым потоком непосредственно от очага пожара, окрашена дополнительным слоем покрытия 10, которое обладает максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия, а наружная поверхность термочувствительного элемента 5 (фиг. 1, фиг. 2), находящаяся в зоне b локального нагрева термочувствительного элемента 5 термонагревательным элементом 6 данным дополнительным слоем покрытия 10, не окрашивается.
Устройство снабжено П-образной опорной дугой 11, в которой смонтирован соосно термочувствительному элементу 5 монтажный винт 12.
К термонагревательному элементу 6 подведены выводы 13 и 14 (фиг. 2) для соединения с источником электрического питания (не показан).
Устройство работает следующим образом.
1
При пожаре стенки стеклянной колбы термочувствительного элемента 5 нагреваются в зоне нагрева b тепловым потоком непосредственно от очага пожара. Под воздействием высоких температур внутри ограниченного объема названного элемента происходит начало самопроизвольных химических реакций и физических процессов, при которых вещество 9 значительно увеличивается в объеме и разрушает изнутри стенки стеклянной колбы термочувствительного элемента 5.
Для интенсификации процесса нагрева термочувствительного элемента 5 чашка 7, выполненная в виде вогнутого сферического зеркального устройства, работает по принципу «миниатюрной» гелеоустановки (https://www.allbeton.ru/wiki/Справочник_по_приборам_инфракрасной_техники_(криксунов), с. 81-84).
1
Причем внутреннюю поверхность вогнутой полусферы 7 фокусирует приходящий из очага пожара тепловой поток и направляет его на зону b нагрева термочувствительного элемента 5.
1
Следует отметить, что процесс нагрева наружной поверхности термочувствительного элемента 5 (фиг. 1, фиг. 2), находящейся в зоне b нагрева тепловым потоком непосредственно от очага пожара, происходит намного интенсивнее за счет того, что названная поверхность окрашена дополнительным слоем покрытия 10, которое обладает максимальным коэффициентом поглощения лучистой энергии для данного вида покрытия.
2
1
При подаче сигнала к вводам 13, 14 от источника электрического питания к термонагревательному элементу 6 происходит быстрый нагрев стеклянной стенки термочувствительного элемента 5 в зоне локального нагрева b. После чего осуществляется нагрев вспучивающегося вещества 9 и происходит процесс разрушения изнутри стенки стеклянной колбы термочувствительного элемента 5, аналогичный процессу, происходящему в зоне b.
Заявляемое техническое решение просто в эксплуатации и может быть использовано в обычном порошковом огнетушителе для подачи при пожаре в контролируемую зону огнетушащих жидкостей или порошка.