УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗА-ВЫТЕСНИТЕЛЯ В БАЛЛОНЕ ОГНЕТУШИТЕЛЯ
DEVICE FOR IMPROVEMENT OF GAS-DISPLACER EFFICIENCY IN FIRE EXTINGUISHER BALLOON

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам для пожаротушения, называемым также огнетушителями. В частности, изобретение находит свое применение в устройствах пожаротушения, в которых огнетушащий состав выталкивается из емкости, в которой оно содержится, за счет внешнего генерирования сжатого газа.
Согласно одному из аспектов изобретение касается устройства, установленного в резервуаре огнетушителя и позволяющего повысить эффективность генерируемого газа-вытеснителя, подаваемого в резервуар для вытеснения огнетушащего состава, направляемого в зону очага пожара.
Уровень техники
Как известно, огнетушители с резервуаром, содержащим огнетушащий состав, подразделяются на две большие категории. К первой категории относятся огнетушители постоянного давления, в которых газ обеспечивает постоянное повышенное давление огнетушащего состава внутри единого баллона, выполняющего функцию емкости для этого газа; огнетушащий состав высвобождается через вентиль на выходе указанного баллона. Во второй категории огнетушителей газ-вытеснитель высвобождается только в момент приведения в действие огнетушителя и высвобождает огнетушащий состав, который в этом случае не находится под давлением.
В качестве примера огнетушителя первого типа можно указать огнетушители, используемые в настоящее время для тушения огня при возгорании двигателя самолета. Эти устройства, в которых в качестве огнетушащего состава используется «Галон», позволяют не только погасить очаг пожара, но и препятствуют распространению огня. Огнетушащий состав содержится в баллоне, в основном сферической формы, и находится там под давлением инертного газа, при этом один или несколько раздаточных трубопроводов, соединенных с указанным баллоном, позволяют подавать газ в защищаемые зоны. На нижнем конце баллона каждый раздаточный канал закрыт калиброванной заглушкой. Установлен также датчик давления, позволяющий постоянно контролировать давление в баллоне. При обнаружении возгорания срабатывает пиротехнический детонатор. Возникающая при этом ударная волна позволяет проколоть заглушку, в результате чего содержимое баллона высвобождается и под действием давления в баллоне огнетушащий состав направляется в защищаемые зоны по указанным каналам.
Большим недостатком такого типа огнетушителей постоянного давления является их чувствительность к микроскопическим утечкам, что требует строго соблюдать условия постоянного контроля, проверки и обслуживания. Кроме того, баллон заполняется огнетушащим составом не полностью, так как он должен содержать также газ-вытеснитель.
Что же касается огнетушителей второй категории, то в них используют отдельное устройство создания давления. Как правило, эти средства пожаротушения содержат первый резервуар со сжатым газом и второй резервуар для огнетушащего состава. При использовании огнетушителя сжатый газ, содержащийся в первом резервуаре, подается через отверстие во второй резервуар с огнетушащим составом для создания давления в баллоне, содержащем огнетушащий состав. После сжатия огнетушащего состава он вытесняется наружу для тушения огня, как и в случае огнетушителей первой категории.
В некоторых случаях огнетушителей второй категории первый резервуар со сжатым газом может быть заменен газогенератором, как описано в документе WO 98/02211.
Однако эффективность таких огнетушителей можно существенно повысить. Действительно, некоторые огнетушащие составы могут быстро абсорбировать калории генерируемого газа-вытеснителя, что приводит к снижению давления в резервуаре. В частности, в случае использования пиротехнического материала типа проперголя в огнетушителе, применяемом на летательном аппарате, температура компонентов огнетушителя может достигать примерно 55°С ниже нуля по причине большой высоты полета самолета.
Разумеется, чтобы компенсировать снижение эффективности в результате слишком интенсивной абсорбции калорий газа-вытеснителя, можно увеличить мгновенный объем генерируемого газа, то есть, в зависимости от используемого средства увеличить объем или число резервуаров сжатого газа или количество пиротехнического материала. Эти решения неприемлемы с точки зрения объема, а также веса; вместе с тем эти факторы имеют значение при использовании и даже являются первостепенными в случае летательных аппаратов, особенно при тушении загоревшихся двигателей.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности огнетушителя при одновременном устранении указанных недостатков. В частности, изобретение позволяет сократить или даже устранить увеличение веса и объема средств генерирования сжатого газа при сохранении оптимального вытеснения огнетушащего состава, характеризующегося ограниченной абсорбцией калорий. В частности, концепция изобретения сконцентрирована на теплообмене и его снижении, что не принималось в расчет в огнетушителях из предшествующего уровня техники.
В связи с этим объектом настоящего изобретения является устройство пожаротушения, содержащее резервуар, в котором находится огнетушащий состав, средства генерирования газа-вытеснителя и средства установления сообщения между резервуаром и средствами генерирования газа-вытеснителя. Таким образом, газ-вытеснитель может поступать в резервуар для вытеснения огнетушащего состава.
Предпочтительно резервуар огнетушителя в соответствии с настоящим изобретением рядом с точкой аккумуляции состава соединен с магистралью подачи огнетушащего состава в направлении обрабатываемых зон, и, как правило, но не ограничительно, средства установления сообщения сосредоточены в точке, по существу противоположной по отношению к точке аккумуляции. Средства перекрывания резервуара, препятствующие попаданию огнетушащего состава в магистраль подачи в отсутствие давления в указанном резервуаре, могут быть выполнены в виде вентиля, открывание которого осуществляется при срабатывании огнетушителя, или в виде калиброванной герметичной заглушки, которая разрывается под давлением.
Кроме того, устройство содержит разделительный элемент, препятствующий непосредственному контакту между генерируемым газом и огнетушащим составом и ограничивающий абсорбцию калорий генерируемого газа огнетушащим составом. Таким образом, генерируемый газ создает в резервуаре максимальное давление. Разделительный элемент является огнеупорным, то есть он обладает низкой теплопроводностью; он находится за средствами сообщения, предпочтительно в резервуаре, предпочтительно на поверхности огнетушащего состава.
Разделительный элемент может делить резервуар на две герметичные части; разделительный элемент может также содержать каналы, устанавливающие прямое сообщение между двумя частями, чтобы просто существенно сокращать площадь контакта между газом-вытеснителем и огнетушащим составом.
Благодаря наличию разделительного элемента теплообмен между газом-вытеснителем и огнетушащим составом является очень небольшим или не существует вообще, что позволяет не допускать снижения давления в резервуаре. При этом нет необходимости, по причине теплообмена, увеличивать объем или число резервуаров сжатого газа или количество пиротехнического материала.
Разделительный или промежуточный элемент между огнетушащим составом и газом-вытеснителем может быть выполнен в виде жесткой пластины, предпочтительно выполненной из такого материала, чтобы он мог выдерживать нагрузки при контакте с газом-вытеснителем и быть подвижным, чтобы передавать давление на огнетушащий состав.
Такая пластина может быть сплошной или представлять собой решетку с каналами, уменьшающими поверхность прямого контакта между газом-вытеснителем и огнетушащим составом.
Согласно другому варианту выполнения разделительный элемент между газом-вытеснителем и огнетушащим составом выполняют в виде гибкой мембраны, которая также делит резервуар на две части. Мембрана может быть подвижной или закрепленной на периферии резервуара в зависимости от своей упругости.
Разделительный элемент в соответствии с настоящим изобретением может содержать средства открывания, которые обеспечивают удаление газа-вытеснителя, когда резервуар является пустым. Например, можно установить предохранительную заглушку таким образом, чтобы после выпуска газа-вытеснителя заглушка оказалась напротив выпускного отверстия средств подачи и открылась за счет возникшей разности давления.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется чертежами, однако они приведены только в качестве примеров и не являются ограничительными.
Фиг.1 - вариант выполнения устройства пожаротушения в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2A-2D - другой предпочтительный вариант выполнения.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.1, устройство пожаротушения или огнетушитель 1 содержит баллон 2, выполняющий функцию резервуара для огнетушащего состава 4; предпочтительно баллон 2 находится под атмосферным давлением. Настоящее изобретение применяется, в частности, для огнетушащего состава 4 в жидком виде; в частности, огнетушащий состав 4 может иметь очень слабое давление насыщенного пара (близкое к растворителю) и быть жидким, в частности, в диапазоне температур, относящемся к области авиации.
В баллоне 2 выполнено одно или несколько выпускных отверстий 6, которые могут быть соединены с каналами 8 подачи, чтобы обеспечивать высвобождение огнетушащего состава 4 в направлении обрабатываемой зоны 10. Предпочтительно выпускные отверстия 6 находятся там, где аккумулируется огнетушащий состав 4, то есть, как правило, внизу баллона 2. Предпочтительно каждое выпускное отверстие 6 закрывается запорным устройством 12, чтобы огнетушащий состав 4 оставался в баллоне, пока не возникнет необходимость в его использовании. В частности, если отверстие 6 является единственным, запорное устройство 12 может быть калиброванной заглушкой, то есть мембраной, разрывающейся или открывающейся, как только давление внутри баллона 2 достигнет определенного порогового значения. Запорное устройство 12 может быть также вентилем, предпочтительно управляемым дистанционно. Известны также другие запорные устройства, например, раскрытые в документах WO 93/25950 или US-A-4877051 и выпускаемые в продажу.
Кроме того, устройство 1 пожаротушения содержит средства 14 генерирования сжатого газа. Средства 14 генерирования сжатого газа 16 соединены с баллоном 2 огнетушащего состава посредством средств 18 сообщения. Предпочтительно средства 18 сообщения между резервуаром 2 огнетушащего состава и средствами 14 генерирования сжатого газа выходят в резервуар 2 в точке, противоположной выпускному отверстию 6.
В варианте выполнения, показанном на фиг.1, средства 14 генерирования сжатого газа 16 выполнены в виде одного или нескольких резервуаров сжатого газа. В этом случае вентиль, установленный в средствах 18 сообщения, позволяет, например, изолировать резервуар 14 сжатого газа от резервуара 2 огнетушащего состава до его использования; возможны также другие технические решения.
С учетом контактной поверхности огнетушащий состав 4 может абсорбировать калории генерируемого газа-вытеснителя 16 во время открывания средств 18 сообщения, инициируемого, в случае необходимости, в зоне 10 огня. Поскольку температура сжатого газа снижается, параллельно происходит снижение давления Р в резервуаре 2. Для ограничения теплообмена между двумя фазами в соответствии с настоящим изобретением устанавливают разделительный элемент 20.
В этом варианте выполнения разделительный элемент содержит жесткую пластину 20, выполненную подвижной в резервуаре 2 огнетушащего состава, действуя по принципу поршня: на одну сторону 22 действует давление Р газа-вытеснителя 16, которое передается другой стороной 24 пластины 20 на огнетушащий состав 4, обеспечивая его вытеснение из резервуара 2. Предпочтительно стенки резервуара являются параллельными в направлении перемещения пластины и выполнены, например, в виде круглого цилиндра; вместе с тем, возможны и альтернативные варианты, например с разделительным элементом, содержащим шарнирно соединенные пластины. Пластина 20 выполнена огнеупорной, моноблочной или структурированной, например, из пластического материала или из любого жесткого материала, покрытого огнеупорным материалом, таким как эластомер; она выполнена с возможностью перемещения во время выпуска (показано пунктирной линией), например, по направляющим рейкам, установленным на внутренней стенке резервуара 2.
Пластина 20 может быть «сплошной», то есть делить объем резервуара 2 огнетушителя 1 на две части 26, 28, более или менее герметичные относительно друг друга. В частности, на периферии пластины 20 может быть оставлен зазор для обеспечения ее перемещения, однако обменные процессы происходят только в этом зазоре.
Предпочтительно, чтобы часть 26, расположенная со стороны выпускного отверстия 6, содержала только огнетушащий состав 4 и чтобы верхняя часть 28 не содержала огнетушащего состава 4, в частности, когда этот состав находится в жидком виде: пластина 20 выполняет функцию границы раздела между огнетушащим составом 4 и газом-вытеснителем 16.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения пластина 20 содержит каналы между ограничиваемыми ею двумя частями 26, 28, например она может быть выполнена в виде решетки. В этом случае теплообменные процессы происходят на поверхности огнетушащего состава 4, однако они могут быть значительно ослаблены, и пластина 20 выполняет свою функцию. В частности, желательно, чтобы пористость пластины 20, то есть соотношение между площадью этих каналов и ее общей площадью, составляла порядка 10-15%.
Несмотря на то что описан разделительный элемент, содержащий только одну пластину, для каждого варианта выполнения такую пластину 20 можно соединять, например, с другой жесткой пластиной или с гибким компонентом.
Еще один предпочтительный вариант выполнения предусматривает выполнение разделительного элемента в виде мембраны, которая будет описана в связи с другой системой генерирования газа, хотя мембрану можно также использовать и в огнетушителе 1, описанном со ссылкой на фиг.1.
Действительно, этот предпочтительный вариант выполнения относится к газогенератору 30 с пиротехническим патроном. Предпочтительно, из соображений уменьшения габаритов, как показано на фиг.2, генератор расположен внутри баллона 2; он выполнен в виде камеры 32, оборудованной устройством 34 зажигания и содержащей патрон 36 пиротехнического материала, такого как проперголь. Газы, создаваемые в результате сгорания пиротехнического материала, направляются в баллон 2, по меньшей мере, через одно выпускное отверстие 38 камеры 32. Такие генераторы 30 известны специалистам в этой области.
В данном случае разделительный элемент 40 содержит гибкую мембрану. Предпочтительно мембрана 40 выполняет функцию границы раздела между огнетушащим составом 4 и газом-вытеснителем 16, то есть на уровне зон 42 мембрана 40 своей периферией соединена с резервуаром 2, например, посредством клея или механических средств. Возможно также соединение в середине резервуара 2, как показано на фиг.2, в частности, когда резервуар 2 имеет сферическую форму. Иногда предпочтительно соединять мембрану на уровне выпускного отверстия 6.
Предпочтительно мембрана 40 является растягивающейся и герметичной по отношению к огнетушащему составу 4 и даже к газу-вытеснителю 16, генерируемому при сгорании проперголя. Кроме того, мембрана является огнеупорной. Она может быть выполнена в виде мягкого и растягивающегося мешка, например, из неармированного эластомерного материала.
В зависимости от заполнения баллона 2 мембрана 40 может находиться рядом с генератором 30, когда огнетушитель 1 находится в состоянии покоя (фиг.2А), то есть в положении, когда запорное устройство 12, в данном случае калиброванная заглушка, закрыто.
Когда необходимо произвести тушение огня, устройство 34 зажигания воспламеняет патрон 36 пиротехнического материала, и сжатый газ выходит через отверстие 38 в резервуар 2. Появляющееся давление Р открывает калиброванную заглушку 12, понижает уровень огнетушащего состава 4 в результате выпуска через средства 8 подачи (см. фиг.2В). Понижение уровня огнетушащего состава 4 сопровождается перемещением и деформацией мембраны 40, которая остается в контакте с составом (фиг.2С).
Когда огнетушащий состав 4 полностью выходит из баллона, может оказаться желательным продолжать воздействовать давлением Р на огнетушащий состав 4, который находится в трубопроводах 8 подачи, в течение всего периода падения давления в резервуаре 2, чтобы обеспечить, таким образом, полное выбрасывание состава 4 в зону 10 огня. Такая возможность обеспечивается выполнением в разделительной мембране 40 средств 44 открывания, обеспечивающих установление контакта между газом-вытеснителем 16 и огнетушащим составом 4.
В первом варианте выполнения средства 44 открывания могут содержать предохранительную заглушку, которая разрывается, когда давление Р, действующее на заглушку, достигает своего значения разрыва. Таким образом, когда огнетушитель 1 не используется, мембрана 40 имеет вид единой детали; когда происходит генерирование газа-вытеснителя 16, давление в резервуаре 2 повышается, а также повышается давление Р, действующее на мембрану 40 и на заглушку, которая остается закрытой. В конце опорожнения баллона 2, содержащего огнетушащий состав 4, на заглушку действует только давление Р газа 16, поскольку остается лишь немного огнетушащего состава 4: усилия, действующего в одном направлении на заглушку 2, достаточно, чтобы привести к ее разрыву.
Открывание заглушки может произойти, когда количество огнетушащего состава 4 в резервуаре 2 является практически ничтожным или когда в резервуаре еще остается предназначенный для высвобождения огнетушащий состав 4. В этом последнем случае размер отверстия заглушки выбирают достаточно малым для уменьшения теплообмена между газом-вытеснителем 16 и огнетушащим составом 4, чтобы не повлиять на эффективность вытеснения огнетушащего состава. Таким образом, соответствующее отверстие позволяет продолжать действовать давлением на огнетушащий состав 4, содержащийся в трубопроводах 8 в течение всего периода падения давления в баллоне 2, обеспечивая полное удаление состава 4 в направлении зоны 10 огня.
Предпочтительно средство 44 открывания в виде предохранительной заглушки расположено на уровне выпускного отверстия 6, когда мембрана деформируется под давлением газа 16 и в момент ее открывания. Можно также установить достаточно слабую мембрану 40, чтобы обеспечить разрыв на уровне выпускного отверстия 6, когда разность давления между ее двумя сторонами превысит пороговое значение (остальная часть мембраны 40 защищена стенками резервуара 2).
Другой предпочтительный вариант выполнения предусматривает наличие отверстия небольшого диаметра в мембране 40: эти средства 44 открывания, как и ранее описанная решетка, приводят лишь к незначительному теплообмену между газом-вытеснителем 16 и огнетушащим составом 4, который не влияет на качество вытеснения состава.
Наличие средств 44 открывания можно также предусмотреть, когда в качестве разделительного элемента используют жесткую пластину 20.
Как в одном случае, так и в другом (предохранительная заглушка или наличие отверстия) площадь средств 44 открывания предпочтительно приблизительно равна площади калиброванной заглушки 12.
Представленное выше описание не исключает, разумеется, всех альтернативных вариантов, которые специалист может осуществить для достижения технического результата в соответствии с настоящим изобретением. В частности, возможны различные комбинации описанных вариантов выполнения, например выполнение мембраны для несферического резервуара или жесткой пластины для проперголевого генератора газа. Можно также жесткую пластину соединить со стенками резервуара при помощи упругой прокладки или гибкой мембраны.
Кроме того, для специалиста очевидно, что эти примеры всего лишь являются иллюстративными: следуя принципу изобретения, можно использовать другие средства для генерирования сжатого газа, чтобы обеспечить вытеснение огнетушащего состава. В качестве таких средств можно предусмотреть, например, химические реакции путем смешивания различных веществ или насосы, сжимающие газ, поступающий из расположенных рядом емкостей или из емкостей, удаленных от указанного устройства. Точно так же, упомянутые формы приведены исключительно в качестве примеров.