Антиаварийная система для газифицированных помещений и оконная фрамуга, используемая в антиаварийной системе
ANTI-EMERGENCY SYSTEM FOR GASIFIED PREMISES AND WINDOW TRANSOM USED IN ANTI-EMERGENCY SYSTEM

Заявляемое в качестве изобретения техническое решение относится к антивзрывным системам с автоматической защитой жилых и нежилых помещений, предотвращающим взрывоопасную ситуацию в результате утечки бытового газа, и предназначено для использования в закрытых помещениях.
Заявляемая система позволяет осуществлять автоматизированное отключение магистрального газоснабжения при возникновении аварийной утечки с одновременной блокировкой электроснабжения, снижением концентрации газа в помещении путем открытия оконной фрамуги на основе пружинного устройства, а также с внешним звуковым и световым информированием-сигнализацией о возникновении аварийной ситуации. Система может быть интегрирована в работу «Умного дома».
В настоящее время известно, что одной из причин сильных разрушений при взрывах газа является широкое использование пластиковых окон, которые позволяют практически герметично перекрывать поступление воздуха из внешней среды вовнутрь помещения. Такие окна имеют повышенную прочность, поэтому в итоге газового взрыва основная сила удара приходится на несущие конструкции здания, что ведет в большим разрушениям. При статистике в среднем 70% газификации регионов, технические решения в области безопасности использования бытового газа особенно актуальны.
В настоящее время с расчетом на стопроцентное покрытии, городов и даже крупных сел сетью Интернет, разработан ряд противоаварийных устройств и приборов контроля загазованности, соединенных с блоком сигнализации и управления с помощью проводной и беспроводной линии связи, а также радиосигнала. Однако, контроль загазованности и передача сигнала не решает задачи полностью, поскольку не предотвращают разрушений от взрыва. Известные модели контроля загазованности не отвечают требованиям специализированных служб, так как в них как правило реализуется только функция сигнализации с передачей информации о возникновении аварийной ситуации - эти особенности выявились при изучении уровня техники в данной предметной области.
Понимая физические процессы, происходящие в загазованном помещении, в целях исключения причин детонации необходимо прекратить подачу электроэнергии и создать активный ток воздуха, что способно за считанные минуты снизить риск взрыва до минимума. Поэтому решение проблемы разработки автоматической системы создания безопасной среды газифицированных помещений, обеспечивающей снижение риска возникновения взрыво- и пожароопасной ситуации, в настоящее время актуально.
Известен предшествующий аналог заявляемого технического решения, Система автоматического контроля загазованности по патенту России на полезную модель №85718 от 30.03. 2009г., МПК: G08B 17/10, опубликованному 10.08.2009г. В аналоге описана система автоматического контроля загазованности, содержащая, по крайней мере, два сигнализатора загазованности, клапан запорный газовый с электромагнитным управлением, блок сигнализации и управления и пульт диспетчерский, при этом пульт диспетчерский и все сигнализаторы загазованности соединены с блоком сигнализации и управления по радиоканалу, а клапан запорный газовый соединен с блоком сигнализации и управления с помощью проводной линии связи, система при этом содержит дополнительные клапаны запорные газовые, соединенные с помощью проводной линии связи с сигнализаторами загазованности, а сигнализатор загазованности содержит блок питания и подсоединенные к блоку питания микроконтроллер, датчик загазованности, модуль световой и звуковой сигнализации, модуль обмена информацией по радиоканалу, модуль управления клапаном запорным, модуль выбора сетевого адреса сигнализатора загазованности, при этом микроконтроллер соединен с датчиком загазованности, модулем световой и звуковой индикации, модулем обмена информацией по радиоканалу, модулем управления клапаном запорным и модулем выбора сетевого адреса сигнализатора загазованности.
Общим признаками с заявляемым техническим решением является наличие общей схемы системы, а также то, что система-аналог по патенту на полезную модель №85718 относится к системам, производящим непрерывный автоматический контроль уровня содержания в воздухе метана и оксида углерода и перекрывающим трубопровод подачи газа при возникновении аварийной ситуации.
Недостатки данного аналога связаны с целью его разработки, в основном направленной на повышение результативности тревожной сигнализации с подачей звуковых или световых сигналов при наличии дыма или газов, в то время как заявляемая система способна в дополнение к этому произвести действия как по перекрытию подачи газа, так и по открыванию фрамуги окна для эффективного проветривания с устранением возможности скопления большого количества газа.
Известен аналог следующего поколения, противоаварийное устройство для газа по патенту России на полезную модель №131887 от 13.09.2012г., МПК: G08B 19/10, опубликованному 27.08.2013г., включающее блок детекции с датчиком температуры, причем блок детекции дополнительно содержит монокристаллический микропроцессор, соединенный с датчиком температуры, датчиком дыма, звуковым динамиком и цепью радиопередатчика, выполненными так, что в случае, когда подача газа не перекрыта и вызывает непрекращающееся горение, повышение температуры или появление дыма, то цепь радиопередатчика вырабатывает радиосигнал; при этом противоаварийное устройство для газа дополнительно включает блок управления, содержащий цепь радиоприемника и электромагнитный клапан, соединенный с цепью радиоприемника, при этом электромагнитный клапан содержит вход газа, соединенный с газовым шлангом, и выход газа, соединенный со шлангом подвода газа к газовой плите, причем цепь радиоприемника выполнена с возможностью получать радиосигнал от цепи радиопередатчика блока детекции и задействовать электромагнитный клапан для перекрытия подачи газа, при этом блок детекции дополнительно включает систему автоматического набора, соединенную с монокристаллическим микропроцессором, для набора телефонного номера пожарной службы или полиции в случае, когда повышенная температура или наличие дыма не прекращается в течение заданного времени. Таким образом, данный аналог включает различные виды датчиков и цепи беспроводной связи для связи с блоком управления, в результате чего при обнаружении повышенной температуры, газа или дыма, подача газа перекрывается и издается тревожный сигнал оповещения пользователя.
Как видно из выбранного при патентовании данного аналога индекса Международной патентной классификации, G08B 19/10, данный аналог относится к устройствам сигнализации, реагирующей на два и более различных нежелательных или ненормальных условий, в данном случае сигнализация о повышении уровня газа, повышения температуры или наличие дыма, что отличается от заявляемого технического решения усложненностью в производстве такой системы.
Техническое решение по патенту на полезную модель №131887 обладает признаками сходства с заявляемым техническим решением, такими как наличие схемного решения. Однако в данном аналоге, как и в предыдущем, в основном уделено внимание совершенствованию тревожной сигнализации.  Система аналога генерирует тревожный сигнал оповещения пользователя, а если пользователь не может устранить аварию самостоятельно, то система автоматического набора связывается по телефону с пожарной службой или полицией для обеспечения безопасности. В отличие от заявляемого технического решения, применение которого предполагает превентивные меры, на практике исключающие возникновение тревожной ситуации с повышением температуры и дыма.
К недостаткам аналога по патенту на полезную модель №131887 можно отнести относительную сложность использования при отсутствии превентивного исключения аварийной ситуации.
Известна система автоматического обнаружения и контроля утечки газа (прототип) по патенту России на изобретение №2666324 от 06.02.2017г., МПК: G08B 29/00, 19/00, 17/10, опубликованному 06.09.2018г., которая включает блок обнаружения, содержащий микроконтроллер с датчиками контролируемых параметров и передающим устройством, устройство звуковой сигнализации и аварийный клапан, связанные с микроконтроллером, причем блок обнаружения снабжен датчиком для контроля наличия концентрации одоранта, а также установленным в зоне вытяжной вентиляции датчиком дифференциального давления, соединенным с микроконтроллером, выполненным с возможностью расчета концентрации контролируемых газов и одоранта в каждый момент времени с учетом кратности воздухообмена на кубатуру помещения и сопоставления с уровнем допустимых концентраций контролируемых газов для выдачи сигнала при отклонении допустимых величин, при этом блок обнаружения размещен в составе прибора потребления или прибора учета расхода газа и содержит датчики контролируемых параметров, а именно: газа, угарного газа, дыма, причем аварийный клапан выполнен с ручным приводом, защищенным от несанкционированного включения и обеспечивающим возобновление подачи газа.
Общими признаками прототипа с заявляемым техническим решением являются наличие схемного решения и схематического изображения помещения с размещенной в нем системой. Однако относительно узкий диапазон применения, привлечение ручного привода, в связи с этим возможные ошибки в силу человеческого фактора делают систему-прототип неудобной для широкого диапазона поставленных целей.
Система-прототип не позволяет превентивно защищать помещение от загазованности, что снижает ее эффективность, в то время как в заявляемом решении система направлена на предотвращение аварийных ситуаций.
Цель заявляемого технического решения - достижение возможности разработки антиаварийной системы для автоматической защиты помещений с сопутствующим созданием безопасной среды газифицированных помещений и обеспечением снижения риска возникновения взрывоопасной и пожароопасной ситуации.
Техническая задача - создание блок-схемы системы связей и взаимодействия устройств заявляемой антиаварийной системы с оптимальными техническими характеристиками и с сопутствующим созданием устройства аварийного открытия оконной фрамуги, работающей в качестве аварийного клапана в загазованном помещении.
Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей антиаварийной системы, применение на практике оптимальных параметров всех устройств, составляющих конструкцию системы.
Технический результат достигается за счет того, что антиаварийная система создания безопасной среды газифицированных помещений, кроме блока обнаружения, содержащего микроконтроллер с датчиками контролируемых параметров и передающим устройством, устройства звуковой сигнализации и аварийного манипулятора/клапана перекрытия газа, дополнительно снабжена аварийной световой индикацией, устройством отключения подачи электропитания и устройством аварийного открытия оконной фрамуги.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что антиаварийная система для газифицированных помещений включает блок обнаружения, содержащий микроконтроллер с датчиком контролируемых параметров и передающим устройством, устройство звуковой сигнализации и световой индикации, и аварийный клапан, - оконную фрамугу с устройством аварийного открытия, связанные с микроконтроллером. Причем система содержит управляющее устройство отключения входного электропитания и выведения аварийной звуковой сигнализации и световой индикации наружу, вне жилого помещения, блок обнаружения, снабженный датчиком для контроля наличия концентрации газа, а также содержит связанные с управляющим устройством аварийный манипулятор отключения подачи газа и антиаварийную оконную фрамугу с устройством аварийного открытия.
Оконная фрамуга, используемая в антиаварийной системе для газифицированных помещений, открываемая только в аварийных случаях и снабженная аварийным устройством открытия, представляющая собой остекленную створку, которая плотно входит в профиль оконной рамы, а оконная рама в притворе створки фрамуги оснащена пружинным механизмом, предназначенным для создания усилия выталкивания и открытия оконной фрамуги и ее удержания в открытом состоянии в аварийных случаях, при этом створка фрамуги в обычных условиях плотно прижата к оконной раме посредством электрической связи с управляющим устройством, что при работе системы надежно фиксирует створку фрамуги относительно оконной рамы, при этом пружинное соединение состоит или из по меньшей мере одной спиральной пружины, размещенной в напряженном состоянии в пазу профиля оконной рамы и касающейся одним своим концом створки фрамуги, или из по меньшей мере одной тарельчатой пружины, размещенной в напряженном состоянии в пазу профиля оконной рамы и касающейся одним своим концом створки фрамуги, или из по меньшей мере одной плоской пружины, в распрямленном состоянии также размещенной, в соответствующем размере и толщине плоской пружины в пазу профиля оконной рамы, которые при размыкании электрической цепи системы создают усилие выталкивания и открытия оконной фрамуги и удержания ее в открытом состоянии. При этом оконная фрамуга со стороны помещения снабжена ручкой оконной фурнитуры без поворотного замка с целью предотвращения ее несанкционированной блокировки.
Блоки антиаварийной системы обнаружения и управления функциями, обеспечивающими создание безопасной среды газифицированных помещений от возможного появления взрыво- и пожароопасной ситуации, могут быть размещены в едином корпусе автономно, или в составе монтажа электрораспределительного щита помещения.
Блок обнаружения содержит датчики контролируемых параметров природного газа, метана и/или смеси пропан-бутана. Аварийный манипулятор отключения подачи газа снабжен устройством защиты от несанкционированного включения и обеспечивающим возобновление подачи газа специалистами вручную после устранения аварии.
Управляющее устройство выполнено с возможностью выведения аварийной звуковой сигнализации и световой индикации вовне жилого помещения для повышения информированности о наличии аварийной ситуации, требующей специального реагирования.
Сущность устройства антиаварийной системы для газифицированных помещений и оконной фрамуги, используемой в антиаварийной системе, направленной на создание безопасной среды газифицированных помещений, поясняется чертежами Фиг.1-2 и эскизами Фиг.3-4, на которых изображены:
Фиг. 1 - схема блока управления интегральной системы;
Фиг. 2 - вариант расположения пружины в антиаварийной оконной фрамуге;
Фиг. 3 - схема ориентации системы в комнате;
Фиг. 4 - схема расположения индикации вовне помещения о наличии аварийной ситуации, требующей специального реагирования, где:
1 - блок управления;
2 - датчик утечки газа;
3 - устройство  звуковой сигнализации;
4 - устройство  световой индикации;
5 - микроконтроллер;
6 - аварийный манипулятор газового крана;
7 - устройство отключения подачи электропитания в помещение;
8 - устройство открытия оконной фрамуги;
9 - пружина оконной фрамуги.
Антиаварийная система создания безопасной среды газифицированных помещений включает блок управления интегральной системы 1, датчик утечки газа 2, устройство  звуковой сигнализации 3, устройство световой индикации 4, аварийный манипулятор газового крана 6, устройство отключения подачи электропитания в помещение 7 и устройство открытия оконной фрамуги 8. Основные технические характеристики системы: рабочее напряжение 220 В; потребляемый ток в режиме бездействия/тревоги 15/200мА; диапазон рабочих температур от -10 до + 60 С; рабочая влажность - не более 95%.
Блок 1 управления интегральной системой содержит микроконтроллер 5, соединенный с датчиком утечки газа 2, и осуществляет управление устройством звуковой сигнализации 3, устройством световой индикации 4, аварийным манипулятором газового крана 6, устройством отключения подачи электропитания в помещение 7 и устройством открытия оконной фрамуги 8. Датчик утечки газа 2 может быть размещен автономно, а также в составе блока 1. Максимальное расстояние между датчиком утечки газа и газовой централью 100 м.
Устройство 3 звуковой сигнализации и устройство световой индикации 4 размещаются вне жилого помещения (например, в подъезде у входной двери в жилое помещение или на индикационном табло при входе в подъезд) для повышения информированности. Аварийный манипулятор газового крана 6 устанавливается на кран без включения в газовую систему.  Микроконтроллер 5 может быть выполнен с функцией оповещения специальных служб, таких как Горгаз, МЧС и собственника помещения.
Антиаварийная оконная фрамуга снабжена устройством ее открытия 8 и пружиной 9.
Аварийный манипулятор газового крана - устройство, способное в автоматическом режиме производить закрытие поступления газа. Аварийный манипулятор газового крана защищен от несанкционированного включения. Возобновление подачи газа производится в ручном режиме. Заявляемая система предполагает возможность использования аварийного газового клапана, вмонтированного в газовую трубу по правилам его установки.
Антиаварийная система создания безопасной среды газифицированных помещений работает следующим образом.
Микроконтроллер получает информацию от датчика газа и производит определение уровня допустимых концентраций контролируемых газов в режиме постоянного времени с учетом кратности воздухообмена на кубатуру помещения и сопоставляет с нормативными данными контролируемых параметров. Обнаруживаемые газы: природный газ (метан) и пропан-бутан. Порог срабатывания 10% НКПР. При обнаружении утечки газа издается звуковой сигнал тревоги (громкость 85дБ), сопровождающийся световой индикацией (6-9 светодиодов мощностью 5 В) красного цвета в проблесковом режиме с одновременной передачей импульса 12 В на аварийный манипулятор, который, перекрывает запорный кран (крутящий момент поворотного устройства 40кг/см). Время срабатывания автоматического привода 5-10 секунд, рабочее напряжение 10 - 14 В.
При концентрации газа в помещении выше допустимой величины, зафиксированной более 20 секунд непрерывно, подается управляющий сигнал на отключение жилого помещения от энергоснабжения и осуществляется автоматическое открытие оконной фрамуги. Естественный приток воздуха резко снижает концентрацию газа и исключает образование взрывоопасной среды.
После того как подача газа будет прекращена и концентрация его в воздухе опустится до нормы, звуковой сигнал прекратится, отключатся вспомогательные устройства, и сигнализатор вернется в режим ожидания, а световая индикация перестанет подавать проблесковые сигналы.
После устранения аварийной ситуации подача газа возобновляется обслуживающим персоналом при помощи ручного привода аварийного манипулятор газового крана.
Если концентрации газа в помещении находятся в норме - система бездействует.
Антиаварийная оконная фрамуга работает следующим образом. В обычном не активном состоянии без утечки газа фрамуга закрыта, ручка фрамуги не имеет поворотного замка. В случае утечки газа и работы блоков заявляемой системы срабатывает устройство  открытия оконной фрамуги 8, в котором срабатывает пружина 9. Если использована спиральная пружина, то она распрямляется и открывает фрамугу. Если использована плоская или тарельчатая пружины, то такая пружина расслабляется и также открывает фрамугу. После устранения аварийной ситуации фрамугу закрывают с помощью с помощью ручки прижатием створки к раме окна.
Заявляемая антиаварийная система для газифицированных помещений и оконная фрамуга, используемая в антиаварийной системе, может быть изготовлена на стандартном оборудовании с использованием современных материалов и технологий.
Из научно - технической литературы и патентной документации не известна подобная система автоматической защиты жилых и нежилых помещений от утечки бытового газа, имеющая не только функцию оповещения, но и направленная на снижение риска возникновения  взрыво - и пожароопасной ситуации.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».