ТЕПЛОВОЙ ТРИГГЕРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
THERMAL TRIGGERING ELEMENT

Изобретение касается теплового триггерного (пускового) элемента с признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Тепловые триггерные элементы давно известны и употребительны. Они применяются, в частности и в большом количестве, в спринклерных и огнетушительных установках, где они расположены на подключенных к наполненным находящимся под давлением гасящим средством (как правило, водой) трубопроводам выпускных форсунках, соответственно, выпусках спринклера, удерживая их в закрытом положении, в осевом направлении между контропорой и закрывающим элементом, удерживая закрывающий элемент в закрытом положении. Если наружная температура превышает настраиваемую с помощью соответствующих и известных технологических мер температуру срабатывания, растрескивающийся материал наружной стенки разрушается созданным расцепляющей (триггерной, пусковой) жидкостью, возрастающим при повышении температуры давлением, разрушает триггерный элемент и освобождает путь для открытия закрывающего элемента, так что гасящее средство может выходить и выпускаться из спринклерных форсунок, соответственно, выпусков спринклера.
Наряду с применением в таких спринклерных, соответственно, огнетушительных установках, известны и описаны также случаи применения, в которых такие триггерные элементы закрывают отверстия сброса давления, чтобы освобождать их при превышающей критическую температуру температуре срабатывания, например, чтобы своевременно опорожнять резервуары для сжатого газа в случаях пожара, прежде чем они смогут взорваться. Известны также случаи применения таких триггерных элементов в связи с прерыванием течения электрического тока. Возможны другие случаи применения; такие триггерные элементы могут находить применение всегда, когда необходимо чувствительным к температуре образом изменять механические положения включения или же прерывать электрические провода.
Характерные известные тепловые триггерные элементы вышеназванного вида, которые известны уже много лет и один из которых показан и описан, например, в DE 36 01 203 A1, часто бывают изготовлены из стекла. То есть стекло является у них растрескивающимся материалом.
Тепловые триггерные элементы вышеназванного вида сегодня очень хорошо осваиваются технологически. Можно достигать очень хорошо настраиваемых температур срабатывания при низком пределе допуска. Также могут настраиваться очень малые продолжительности реакции; тепловые триггерные элементы этого вида могут изготавливаться с очень низкой тепловой инерцией.
Однако проблема заключается в том, что тепловые триггерные элементы, особенно в уже инсталлированном в закрывающий элемент (например, спринклерную головку или клапанный затвор для отверстий сброса давления) положении, чувствительны к толчкам, в частности к толчкам поперек их продольного направления. Так, вполне может случиться, что при манипулировании таким тепловым триггерным элементом, соответственно, конструктивным узлом, в который он уже интегрирован в закрытом положении (например, спринклерной головкой или спринклерной установкой), по недосмотру произойдет такой толчок наружной стенки теплового триггерного элемента, что она получит повреждения. Это может закончиться растрескиванием или же сразу привести к поломке триггерного элемента. Однако, в том и другом случаях, если тогда больше не обеспечивается функция триггерного элемента, то больше не может использоваться этот конструктивный узел. Если при этом наружная стенка теплового триггерного элемента приобретет только трещину или другое сравнимое повреждение, то это особенно чревато неприятностями, так как оно может остаться незамеченным, но позднейшее функционирование триггерного элемента в установленном порядке не обеспечено. Например, со временем через такую трещину изнутри триггерного элемента могла бы выйти триггерная жидкость, так что он полностью утратит свою функцию.
Эта опасность сегодня иногда предотвращается таким образом, что для монтажа на тепловые триггерные элементы надеваются монтажные предохранители, например, в виде защелкивающихся защитных манжет, которые затем по окончании манипулирования должны сниматься для сохранения функциональности триггерных элементов. Но этот метод скрывает в себе опасность того, что об удалении этих монтажных предохранителей будет забыто, и таким образом функция триггерного элемента будет потеряна. Кроме того, эта мера не действует также при манипулировании с указанными и в окружении уже инсталлированных, например, в спринклерной установке, тепловых триггерных элементов, как это, например, происходит в рамках работ по техническому обслуживанию или же просто в случае «аварии».
Здесь изобретением должна оказываться помощь в том отношении, что тепловой триггерный элемент должен быть сделан нечувствительным, по меньшей мере менее чувствительным по отношению к охарактеризованным выше толчкам и негативным воздействиям, без необходимости установки для этого временного монтажного предохранителя.
Эта задача решается с помощью теплового триггерного элемента с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования такого предлагаемого изобретением триггерного элемента указаны в зависимых пунктах 2–9 формулы изобретения.
В соответствии с изобретением тепловой триггерный элемент имеет тело сосуда, которое включает в себя выполненную из растрескивающегося материала наружную стенку. Внутри тела сосуда лежит охваченная наружной стенкой полость, в которой заключена триггерная жидкость. В ней предпочтительно может содержаться газовый, в частности воздушный пузырь. Тело сосуда выполнено вытянутым вдоль осевого направления и имеет распространяющийся в осевом направлении трубчатый средний участок. На каждом из осевых концов расположено по концевому участку, то есть всего два концевых участка, в которых полость закрыта своего рода заглушкой. В этом предлагаемая изобретением конструкция теплового триггерного элемента совпадает с вариантами, известными из уровня техники.
Однако, особенность предлагаемого изобретением триггерного элемента заключается в том, что триггерный элемент имеет усиление, усиливающее растрескивающийся материал по отношению к ударным нагрузкам, действующим поперек продольного направления. Причем это усиление длительно установлено на триггерный элемент, например, непосредственно на растрескивающийся материал, или интегрировано в растрескивающийся материал и отличается этим от временно устанавливаемого монтажного предохранителя. При этом «длительно» в смысле этого изобретения означает, что усиление, во всяком случае, остается активным и действенным до тех пор, пока тепловой триггерный элемент еще не попадет в диапазон температуры его срабатывания или даже не сработает. Тепловые триггерные элементы часто в течение нескольких лет, даже десятилетий встроены, например, в спринклерные установки и продолжают применяться там. В течение такого характерного интервала использования усиление должно оставаться действенным, во всяком случае, пока тепловой триггерный элемент не окажется в области температуры срабатывания или даже не сработает.
Итак, предусмотренное в соответствии с изобретением усиление способствует целенаправленной защите теплового триггерного элемента от повреждений или разрушений, как правило, непреднамеренным, действующим снаружи ударным воздействием поперек осевого направления триггерного элемента. При этом усиление, конечно, выбрано таким образом, что оно не мешает, препятствуя, желаемому процессу срабатывания при высоких температурах, и это несмотря на то, что усиление предусмотрено у теплового триггерного элемента в данном случае не только временно, но и за пределами периода времени монтажа. В частности, предусмотренное в соответствии с изобретением усиление выполнено таким образом, что при заданной наружной температуре давление, возникающее внутри полости вследствие нагретой триггерной жидкости, также надежно служит для разрушения растрескивающегося материала и тем самым срабатывания теплового триггерного элемента. Это может достигаться, например, таким образом, что это усиление в общем не препятствует приложению импульса или силы в направлении из полости наружу, или же таким образом, что усиление при высоких температурах, в частности в области температуры срабатывания, в целом теряет свое действие, или усиление не полностью охватывает тепловой триггерный элемент.
Одна из возможностей выполнить предлагаемое изобретением усиление обеспечена тем, что оно содержит ауксетичный материал, причем этот материал ориентирован таким образом, что при направленном поперек осевого направления внешнем силовом воздействии на наружную стенку он проявляет усиливающее действие. Ауксетичный материал отличается аномальным по сравнению с традиционными материалами поведением в том отношении, что он – как правило, также только в определенных предпочтительных направлениях – при растяжении материала не становится тоньше в пласте материала, а образует там более толстый слой материала. Соответствующие материалы уже известны, они существуют на макроскопическом уровне, но уже описаны также в молекулярной области, в частности в виде так называемых призманов. Ауксетичные материалы описываются и предлагаются на рынке разными поставщиками. Одна из альтернатив или дополнительных возможностей добиться усиления заключается в том, чтобы выполнить его с применением одной или нескольких дилатантных жидкостей или изготовленного из них материала, например, пены. Дилатантными жидкостями являются такие жидкости, которые под силовым воздействием изменяют свою упругость и деформируемость. В частности, такие жидкости при внезапно возникающих силах могут становиться твердыми и неподатливыми и иметь абсорбирующие энергию качества. Причем этот принцип действия объясняется атомарными связями в молекулярной структуре, которые образуются под давлением и по окончании силового воздействия снова разъединяются. С применением таких жидкостей могут, например, изготавливаться пенистые материалы или сравнимые материалы, которые могут использоваться для выполнения предлагаемого изобретением усиления, если в качестве усиления не могут применяться уже сами жидкости.
Другая возможность реализовать предлагаемое изобретением усиление заключается в том, чтобы оно имело материал, который в интервале температур ниже предусмотренной температуры срабатывания триггерного элемента является твердым и жестким, то есть в состоянии принимать на себя толчки и тем самым защищать триггерный элемент, однако при температуре срабатывания податлив. Такие материалы могут, например, представлять собой полимеры, имеющие соответственно низкую точку размягчения или плавления, которые при характерной температуре окружающей среды, в частности температуре помещения, образуют твердый защитный слой или усиление, однако при более высоких температурах размягчатся и не позднее чем при температуре срабатывания являются такими мягкими и податливыми, что они не препятствуют больше растрескиванию растрескивающегося материала, из которого выполнен триггерный элемент.
Для выполнения усиления может быть, в частности, предусмотрено, чтобы оно имело импрегнированную или покрытую текстильную структуру, изготовленную из одного или нескольких вышеописанных материалов. Причем эта текстильная структура может представлять собой нить, которая, например, навивается вокруг триггерного элемента или его отдельного участка для образования усиления. Может также находить применение текстильная манжета, которая накладывается, соответственно, надевается на триггерный элемент.
Предусмотренное в соответствии с изобретением усиление может, в частности, представлять собой нанесенное на наружную стенку покрытие или наложенную на наружную сторону наружной стенки манжету или расположенную на наружной стороне наружной стенки защитную завесу. Альтернативно усиление может также, конечно, интегрироваться в растрескивающийся материал, однако нанесение покрытия, соответственно, наложение манжеты или защитной завесы по актуальному уровню техники значительно легче реализовать и соответственно дешевле осуществить. Соответствующие покрытия могут, например, наноситься на в остальном окончательно изготовленный тепловой триггерный элемент методом погружной ванны. Возможно также набрызгивание материала покрытия или напенивание материала покрытия. В принципе, здесь могут выбираться все возможные механизмы нанесения покрытия. При необходимости перед нанесением собственно покрытия может наноситься адгезионный слой.
Усиление может, но не должно, быть нанесено по всей поверхности теплового триггерного элемента. Но оно может быть с тем же успехом нанесено только на отдельные участки, предпочтительно на такие участки, которые особенно подвержены угрозе ударов поперек осевого направления. Поэтому предпочтительно, чтобы усиление было предусмотрено вдоль по существу всего среднего участка.
Чтобы при применении предлагаемого изобретением теплового триггерного элемента в спринклерной головке гарантировать, что при срабатывании теплового триггерного элемента и активировании спринклера материал усиления не повиснет на распределительной, соответственно, разбрызгивающей тарелке спринклера и не будет мешать или негативно влиять на распределение выходящей гасящей воды, может быть предусмотрено, чтобы усиление состояло из водорастворимого материала или содержало водорастворимый материал–основу. Предпочтительно свойства водорастворимости определены тогда так, что материал не ослабляется или не растворяется при легком увлажнении, которое он, например, может получить от конденсационной воды или тому подобного. Так гарантировано, что защитное действие усиления сохраняется, что материал растворяется только тогда, когда он попадает в контакт со значительными количествами воды, которые возникают при срабатывании спринклера.
Предпочтительно в качестве растрескивающегося материала будет предусмотрена вода. Но может находить применение и другой материал, который имеет соответствующие свойства растрескивания.
Другие преимущества и признаки изобретения следуют из последующего описания примеров осуществления с помощью прилагаемых фигур. При этом показано:
фиг.1: в схематичном изображении тепловой триггерный элемент в соответствии с изобретением в продольном сечении;
фиг.2: сравнимое с фиг.1 изображение поперечного сечения теплового триггерного элемента, имеющего альтернативное усиление;
фиг.3: сравнимое с фиг.1 изображение теплового триггерного элемента, имеющего другое альтернативное усиление, при этом триггерный элемент здесь изображен не рассеченным;
фиг.4: сравнимые с фиг.3 изображения теплового триггерного элемента, имеющего другое альтернативное усиление, и
фиг.5: сравнимые с фиг.3 изображения теплового триггерного элемента, имеющего другое альтернативное усиление.
На фигурах показаны чисто схематичные изображения, которые служат для пояснения изобретения и выполнены без всякого соблюдения масштаба и точного отображения деталей.
На каждой из фигур показан тепловой триггерный элемент, который представляет собой здесь так называемую стеклянную колбу, которая в принципе известна из уровня техники. Так, показанная здесь стеклянная колба по своей конфигурации по существу соответствует описанной в DE 36 01 203 форме и исполнению.
Тело 1 сосуда этой стеклянной колбы полностью охватывает наружной стенкой 7 полость 2 и разделяется на средний участок 8, который выполнен трубчатым и продолговато продольно протяженно в осевом направлении, а также два выполненных на каждом из осевых концов среднего участка 8 концевых участка 3, 4, в которых полость 2 закрыта своего рода заглушкой. В показанном примере осуществления концевые участки 3, 4 показаны как участки, имеющие утолщения материала (расширение диаметра по сравнению со средним участком 8). Однако эти утолщения не являются необходимыми. С тем же успехом концевые участки 3, 4 могут выполняться с неизменным по сравнению со средним участком 8 диаметром, то есть без показанных здесь утолщений.
Внутри полости 2 расположена не изображенная здесь триггерная жидкость и, кроме того, находится газовый пузырь. Наружная стенка 7 тела 1 сосуда изготовлена из растрескивающегося материала, здесь, в частности, стекла. Стеклянная колба вместе с ее телом сосуда имеет в этом примере осуществления общую длину прибл. 12–50 мм.
Стеклянная колба при ее применении в качестве триггерного элемента противолежащими друг другу концевыми участками 3 и 4 прилегает к опорным элементам 5 и 6, зажата между ними. Эти опорные элементы 5, 6 являются не составной частью теплового триггерного элемента, а частями конструктивного узла, в котором применяется триггерный элемент, например, спринклерной головки или клапана сброса давления резервуара для газа. В частности, один из опорных элементов 5, 6, например, опорный элемент 5, может представлять собой тарелку клапана спринклера, другой опорный элемент, например, опорный элемент 6, – противолежащий ей опорный хомут, который часто встречается в спринклерных установках. Равным образом стеклянная колба, а также тепловой триггерный элемент может быть заделан в аварийный спускной клапан резервуара для газа или в аналогичные устройства. Специалисту известны такие конструктивные элементы, так что здесь не будем останавливаться подробнее на их конкретной конфигурации и функции.
Если в окружающей среде наружной стенки 7 действует повышенная температура, которая способствует тому, что в триггерной жидкости внутри полости 2 может создаваться достаточно высокое давление для взрыва состоящей из растрескивающегося материала наружной стенки 7, тело 1 сосуда стеклянной колбы известным образом разламывается. Тогда, таким образом, разрушенная стеклянная колба, например, освобождает промежуток между опорными элементами 5, 6, между которыми она расположена. Тогда в случае спринклерной установки закрывающий элемент спринклерной форсунки может подаваться под имеющимся давлением спринклерной жидкости, которая открывает форсунку. В случае клапана сброса давления, например, для находящегося под давлением резервуара для газа, этот клапан открывается, газ может контролируемым образом вытекать из резервуара.
Итак, сутью изобретения является усиление 9 тела 1 сосуда. Оно выполнено длительным таким образом, как описано выше. Усиление 9 в показанных примерах осуществления реализовано в различных видах. Так, в примере в соответствии с фиг.1 оно реализовано в виде покрытия на наружной стенке 7 в среднем участке 8. Оно может состоять, например, из ауксетичного полимера. Покрытие может наноситься путем погружения, нанесения кистью, печати или же путем набрызгивания.
На фиг.2 показан пример, в котором усиление 9 образовано защитным материалом, содержащим текстильную несущую структуру. Например, эта текстильная несущая структура может быть пропитана, импрегнирована или покрыта ауксетичным материалом. Эта текстильная несущая структура, например, ткань, может быть нанесена на стеклянную колбу 1 в виде оболочки, при необходимости с предварительным нанесением адгезионной грунтовки, к которой тогда прилипает несущая структура и таким образом фиксируется на стеклянной колбе 1. Обработанная вышеописанным образом текстильная несущая структура может быть при этом приготовлена так, чтобы получалась действующая в трех измерениях защита от ударов (например, с помощью ауксетичного материала, расположенного так, чтобы он мог действовать в трех измерениях).
На фиг.3 показан один из вариантов осуществления, в котором усиление 9 имеет вид манжеты, здесь манжеты из проходящих диагонально крест–накрест перемычек материала. Эти перемычки материала, в свою очередь, могут быть выполнены из ауксетично действующего материала, выполненного с дилатантной жидкостью (например, выполненной из нее пены) материала или из материала, твердого и жесткого в диапазоне намного ниже температуры срабатывания стеклянной колбы 1, мягкого и разрываемого или растворяющегося (например, испаряющегося) при температуре срабатывания. В принципе, здесь может также применяться простой пенистый материал, соответственно, вспененный полимер, который уже вследствие своих амортизирующих свойств принимает на себя удары, которые могут возникать поперек продольного направления стеклянной колбы 1.
На фиг.4 показана одна реализация усиления, при которой нить, покрытая или импрегнированная ауксетичным материалом, или импрегнированная дилатантной жидкостью или выполненная из полученного из дилатантной жидкости материала или из материала, твердого и жесткого в области намного ниже температуры срабатывания стеклянной колбы 1, мягкого и разрываемого или растворяющегося при температуре срабатывания, навита вокруг по меньшей мере одного участка стеклянной колбы для выполнения усиления.
На фиг.5 показана одна реализация усиления, при которой сформирована защитная завеса, например, из текстильных нитей, которые покрыты или импрегнированы ауксетичным материалом или импрегнированы дилатантной жидкостью или которые выполнены из полученного из дилатантной жидкости материала. Эти нити проходят в продольном направлении стеклянной колбы и противолежащими друг другу продольными концами соединены с каждым окружным удерживающим кольцом. Удерживающие кольца зафиксированы на утолщенных концевых участках 3 и 4 на стеклянной колбе 1, например, приклеены. В среднем участке 8 нити свободно висят подобно завесе, однако натянуты так, что они проходят на расстоянии от наружной стенки 7 в среднем участке 8 и там не могут прижиматься к наружной стенке 7. Вместо отдельных нитяных элементов защитная завеса может быть также выполнена сплошной и подобной гильзе, например, из ткани, имеющей вышеописанные свойства вследствие описанных мер. Это решение имеет то преимущество что защитная завеса в случае срабатывания стеклянной колбы 1, то есть, когда вследствие достижения температуры срабатывания стеклянная колба 1 растрескивается, не прилипает к среднему участку 7 и поэтому не изменяет свойств срабатывания стеклянной колбы 1.
Но усиление может быть также, не показанным здесь образом, с тем же успехом интегрировано в образующий наружную стенку растрескивающийся материал.
Усиление 9 во всех показанных случаях, а также в других, не изображенных здесь вариантах осуществления всегда выполнено так, что оно обеспечивает упрочнение тела 1 сосуда по отношению к ударам и сравнимым механическим воздействиям, которые оно испытывает в направлении поперек своей осевой протяженности (то есть на фигурах поперек вертикали). Оно не мешает срабатыванию теплового триггерного элемента (стеклянной колбы) при температуре срабатывания. Более того, если поведение срабатывания, соответственно, реакции стеклянной колбы неизменно хорошее, обеспечиваются, в частности, также короткие продолжительности срабатывания, соответственно, реакции при заданных температурах срабатывания. В частности, усиление не мешает переносу тепла в направлении полости и расположенной в ней триггерной жидкости, по большей мере негативно влияет на него столь незначительным образом, что характеристика срабатывания теплового триггерного элемента не изменяется.
Эта предлагаемая изобретением защита от толчков и сравнимых механических воздействий снаружи реализуется, когда усиление имеет ауксентичный материал и/или одну или несколько дилатантных жидкостей (или изготовленный из них материал, например, пену) и/или материал, который в интервале температур ниже предусмотренной температуры срабатывания триггерного элемента является твердым и жестким, который при температуре срабатывания податлив.
Если находит применение ауксентичный материал, то в усилении он ориентирован таким образом, что при направленном поперек осевого направления внешнем силовом воздействии он проявляет усиливающее действие.
Предлагаемый изобретением вариант осуществления создает то преимущество, что выполненный таким образом тепловой триггерный элемент не только во время манипулирования при монтаже, но и позднее, при использовании предохранен от нежелательного повреждения внешним механическим влиянием, в частности ударами, но одновременно также надежен и срабатывает с требуемым быстрой продолжительностью реакции на настроенную температуру срабатывания.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Тело сосуда
2 Полость
3 Концевой участок
4 Концевой участок
5 Опорный элемент
6 Опорный элемент
7 Наружная стенка
8 Средний участок
9 Усиление