CN102861408A - 基于机械热检测机构和压电器件点燃的烟火致动器的自驱动式自动灭火器 - Google Patents
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Abstract
一种灭火装置包括限定第一腔室的结构，所述第一腔室容纳可电力操作的爆炸器件。所述装置还具有压电电池，所述压电电池能够响应于所述压电电池上的冲击而产生电输出。所述装置还具有与所述结构接触的非易燃加压流体的容器以及具有用于在设定温度下产生机械力的热传感器的机械检测机构。由所述机械检测机构产生的机械力被施加到压电电池从而产生致动可电力操作的爆炸器件的电输出。
Description
技术领域
本发明涉及火灾检测和灭火，更具体地涉及可安装在车辆内的烟火致动的灭火器。
背景技术
有多种火灾检测和灭火技术以及灭火器构造。它们包括推进剂致动的灭火器以及充有压缩气体和/或液化气体的灭火器。
早期的推进剂致动的灭火器公开了一种灭火器，其中液体灭火介质-例如溴甲烷通过由燃烧的烟火填充剂放出的气体使其从所述灭火器的容器排出。所述填充剂最初存储在包括电引爆器的容器中。所述填充剂容器安装在容器杯内的器皿的上端。与所述容器杯反向，器皿的出口由被可破裂的隔板密封的弯头配合件形成。烟火填充剂的点燃使填充剂容器的壁破裂并将燃烧气体排放到所述器皿中。燃烧气体充当作用于液体表面上使隔板破裂的气体活塞并且将液体推出灭火器，所述隔板将出口密封。
在现代车辆中使用的推进剂致动的灭火器的应用以许多类似方式公开了一种灭火器，但是所采用的典型灭火剂是Halon1301。灭火器器皿的下端由可破裂的隔板密封。气体生成器件安装在所述器皿的颈的顶部。典型的气体生成成分是：62%的氧化钠及38%的一氧化铜。在每种示例性的实例中，推进剂致动的灭火器还包含烟火填充剂以在瓶中形成气压。所述烟火填充剂用导线连接至车辆的火灾或过热检测系统，在检测到过热或火情之后所述系统将发送电流来激活填充剂。
在充有压缩气体或液化气体的灭火器中，打开阀门以致动该灭火器。在这些灭火器中，烟火致动器被供以电流，该电流点燃内部烟火填充剂。例如通过移动点火销来点燃填充剂使其转化成机械能量。该点火销推动抵靠杠杆，所述杠杆使心轴转动。所述心轴释放束流以允许阀门中的塞打开，而阀门中的塞打开使灭火器的压缩容纳物被释放。
在许多集成的检测和灭火系统中，电功率从检测系统供应到烟火致动器以便起动灭火剂。这就使所述系统容易遭受电源、检测系统或所述检测系统与灭火剂致动机构之间的互连电缆的失灵的影响。虽然纯电动检测系统可以提供最佳性能，但是在火灾事故期间灭火系统失灵显然是不可接受的。
发明内容
在第一实施方式中，灭火装置包括限定第一腔室的结构，所述第一腔室容纳可电力操作的爆炸器件。所述装置还具有压电电池，所述压电电池能够响应于所述压电电池上的冲击而产生电输出。所述装置还具有与所述结构接触的非易燃加压流体的容器以及具有用于在设定温度下产生机械力的热传感器的机械检测机构。由所述机械检测机构产生的机械力被施加到压电电池从而产生致动可电力操作的爆炸器件的电输出。
在另一个实施方式中，灭火装置包括其中含有材料的压力容器以及与所述压力容器连通的套筒。所述套筒具有带烟火致动器的容器杯，所述烟火致动器带有电引线。压电元件连接到电引线，而机械检测机构基于温度敏感元件且能够在高于温度敏感元件的阈值温度时生成机械力。
在又一个实施方式中，火灾检测和灭火系统包括至少一个火灾检测装置、电源、控制单元、至少一条从所述控制单元到压电振荡器的电引线、其中含有材料的压力容器、带有到所述压电振荡器的电引线的烟火致动器；并且包括机械检测机构，所述机构基于温度敏感元件且能够在高于阈值温度时生成机械力。
附图说明
将参阅下面列举的附图来进一步阐述本发明，其中相同的附图标记在所有附图中指代相同的结构。
图1是示出了集成的检测和灭火系统的示意性组合正视图。
图2是灭火系统的正视图。
图3是用于灭火系统的温度敏感机构的剖视图。
图4是用于灭火系统的温度敏感机构的另一个实施方式的剖视图。
图5是用于灭火系统的温度敏感机构的又一个实施方式的剖视图。
虽然上面描述的附图阐述了本发明的独立实施方式，但是本发明还涵盖论述中提及的其他实施方式。在所有情况中，本申请都是通过举例而非通过限制给出了本发明。应当理解的是，本领域技术人员可设计出许多其他改型和实施方式，这些改型和实施方式将落入本发明的原理的精神和范围内。
具体实施方式
可采用基于温度敏感元件的机械检测机构在超过阈值温度时生成机械力。该生成的机械力随后可被施加到压电元件以便产生电脉冲从而点燃烟火致动器。该压电元件可以是施加功率从而点燃现有的烟火致动器的压电振荡器或者直接点燃烟火致动器内的烟火成分的压电元件。所述器件的目的是提供一种适于与电操作的检测系统或非电动机械操作的检测系统一起使用的单致动元件。这种器件将与现有系统设计兼容从而允许使用用于电动或非电动操作模式的相同烟火致动器。
图1-5的示例性实施方式中示出了基于温度敏感元件的机械检测机构。现参阅图1，图中示出了火灾检测和灭火系统10。该系统包括灭火器12、控制单元14、电源16、主点燃检测器18和引线20。所述主点燃检测器18可包括一个或多个烟雾检测器、过热检测器、光学火焰检测器或本领域内公知的类似器件。类似地，引线20是本领域中同样公知的电导线或电缆。控制单元14将从点燃检测器18接收信号并将发送信号以提供电流来起动致动机构28。所述电流来自电源16，该电源16可以是发电机、电池或本领域内公知的类似电源。
如图1和2所示，灭火器12包括容器22、分送系统24、阀组件26、致动机构28和温度起动的力机构30。在图1的实施方式中，温度起动的力机构30定位成远离容器22、分送系统24、阀组件26和致动机构28。在图2的实施方式中，温度起动的力机构30邻近阀组件26，并且在一个实施方式中可与阀组件26、致动机构28和/或容器22直接接触。
容器22是通常被称为瓶的压力容器。容器22由能够承受高压力的金属合金或类似的高强度刚性材料构成。容器22容纳灭火材料，例如可为流体或微粒物质的阻燃剂或灭火剂。至少当瓶处于释放状态时气体源使灭火材料加压，而当灭火器12处于释放状态时所述灭火材料通过出口被释放。阀组件26将容器22与分送系统24连接。分送系统24如图所示是将通向一个或多个喷嘴以将灭火材料散布在将要保护的选定区域的管或管道，然而对本领域的技术人员来说其他系统也是公知的。
阀组件26连接到致动机构28。在一个实施方式中，灭火器12被充以压缩或液化气体，而阀组件26被打开以致动灭火器。在这些灭火器中，电流供应至烟火致动器，该电流点燃内部的烟火填充剂。例如通过线性移动点火销来使点燃的填充剂转换成机械能量。该点火销推动抵靠杠杆，所述杠杆使心轴转动。所述心轴释放束流以允许阀门中的塞打开，而阀中的塞打开使灭火器的压缩容纳物被释放。
在另一个实施方式中，阀组件26具有阀元件，所述阀元件具有将出口密封至分送系统24的闭合位置以及允许通过所述出口排放灭火剂的打开位置。在一个实施方式中，阀组件含有阀元件，所述阀元件可响应于瓶内的压力超过排放阈值压力而从闭合位置切换到打开位置，然后灭火器12进入排放状态并且通过所述出口排放灭火材料。
在各种实施方式中，阀组件26的阀元件可包括托架，所述托架具有头以及连接至所述头的杆。所述头可具有面对容器22的内部的前面以及反向后面，所述杆从所述反向后面沿托架的轴线延伸。阀组件26可具有锁定元件，所述锁定元件在预排放状态下具有接合到所述托架的第一部分以及相对于容器22被保持的第二部分。锁定元件在预排放状态下传递力到托架，从而将所述托架保持在闭合位置并且所述锁定元件响应于容器22内的压力超过排放阈值压力而破裂，然后容器22内的压力将所述托架驱动到打开位置并且灭火器12进入排放状态。阀门返回弹簧可使托架朝向闭合位置偏置。当灭火材料已大体上从灭火器12排放完时，所述返回弹簧用于使托架从打开位置返回到闭合位置。在另一个实施方式中，烟火致动器施加力以释放锁定元件，此时容器22内的压力将托架驱动到打开位置并且灭火器12进入排放状态。
阀元件可包括具有面对容器22的内部的前面和反向后面的头以及在所述头与阀体之间的可折叠轴。在预排放状态下，当容器22内的压力低于排放压力时，所述轴的轴向压紧可用于抵制所述头向后移动并将所述头保持在闭合位置。响应于瓶内的压力超过排放阈值压力，所述轴可通过弯曲而折叠，然后容器22内的压力将所述头驱动到打开位置并且灭火器12进入排放状态。形成容器22内的压力的气体源可包括化学推进剂填充剂。所述化学推进剂填充剂可具有低于大约825℃的燃烧温度。所述化学推进剂填充剂可具有基本上由氮气、二氧化碳、水蒸气以及它们的混合物构成的气体燃烧产品。所述化学推进剂填充剂可基本上由5-氨基四氮唑、硝酸锶和碳酸镁的混合物构成。
气体源可包括含有化学推进剂填充剂的可更换套筒。本领域内公知的套筒夹具组件可保持所述套筒并且可具有安装在容器22的上端处的孔口内的第一端以及当灭火器12处于预排放状态时浸入灭火剂内的第二端。关闭器可使第一端闭合，并且所述关闭器内可安装有可更换的引爆器。排放阈值压力可在大约2MPa到大约10MPa之间。灭火材料可从下述各项组成的集合中选出：PFC's、HFC's、水和水溶液。在该实施方式中，致动机构28包括被烟火填充剂驱动的销。该销将在填充剂的作用下穿入套筒，从而开始从容器22排放灭火材料。
在一个实施方式中，当灭火器12处于预排放状态时容器22包含灭火材料。可更换套筒包含通过致动机构28激活的化学推进剂填充剂。致动机构28是用于套筒中的气体发生器的烟火填充剂。当激活时，气体发生器释放托架，所述托架被弹簧朝向第一位置偏置，所述托架在该第一位置阻塞所述套筒与灭火剂之间的路径。当气体发生器中的推进剂燃烧时，在由燃烧气体施加的压力下托架切换达到第二位置，在所述第二位置所述路径被放开，而所述燃烧气体可与容器22中的灭火材料连通并且给所述灭火材料加压。
在另一个实施方式中，当灭火器处于预排放状态时容器22包含灭火材料。阀组件26中的套筒包含化学推进剂填充剂。致动机构28被安装成邻近阀组件26并且点燃推进剂。致动机构28是烟火器件，所述烟火器件具有本体、带有起爆器填充剂的可更换冲击盖起爆器、点火销、弹簧和螺线管。所述螺线管具有固定线圈和柱塞，所述柱塞通过挂钩联接到点火销并且可通过给线圈通电来从第一位置至少切换到第二位置。该切换将点火销从起爆器拉开直至柱塞到达第二位置，然后所述挂钩的释放允许点火销被弹簧驱动以冲击所述起爆器并且导致所述起爆器填充剂的点燃，这又导致化学推进剂填充剂的点燃从而给灭火剂加压并且从灭火器12排放灭火材料。螺线管被来自引线20的电流驱动。在没有足够电流来驱动螺线管的情况下，起爆器填充剂被点燃以形成将驱动点火销的小的爆炸。
除了通过引线20连接至电源16，致动机构28还连接至温度起动的力机构30。温度起动的力机构30包括温度感测装置34、压电振荡器32和引线36。同样，引线36是本领域中同样公知的电线或电缆。在备选实施方式中，如果所述检测机构是在此进一步描述的辅助机械检测系统而不是主点燃检测器18，那么所述系统可以不需要控制单元14、独立电源16和引线20。
压电振荡器32是本领域内公知的压电器件。例如典型的压电叠片振荡器是由Piezo系统公司制造的。涉及压电振荡器使用的技术考虑因素是：压电器件易于在接近压电材料的居里温度的温度下失灵。PZT具有350℃的典型居里温度，并且应当能够在达到至少250℃的温度下起作用。也可获取具有更高温度的材料，例如能够承受高于700℃的温度的改良的钛酸铋。
如前所述，致动机构28可以是烟火致动器。用于灭火系统的典型烟火致动器-例如MetronTM致动器需要6-16mJ之间的点燃脉冲。该MetronTM致动器包含填充剂，点燃所述填充剂以形成使点火销移出的小的爆炸。点火销致动用于将阀门从闭合位置可操作地移动到打开位置的杠杆、齿轮或类似的机械元件。由薄的压电层叠片构成的可商购的压电振荡器可设计成产生高电流、低电压的输出，并且能够传送10-20mJ的功率以施加1-2kN的力。因此，这些器件不止能够供应足够的能量来直接点燃MetronTM。
典型的压电叠片振荡器的大小为20x5x5mm并且可与来自简单的温度敏感弹簧加载的或流体压力驱动的检测机构的力的应用兼容。为了生成足够幅度的脉冲，将必须在短时段内以短暂的急剧冲击形式从检测元件施加力。
图3-5中示出了包括温度感测装置34和压电振荡器32的温度起动的力机构30的多个实施方式。在某些实施方式中，温度感测装置可具有在80℃与250℃之间或更高的致动温度、或者具有所述温度范围的任何子集温度范围，包括100℃与125℃之间的示例性范围，并且所有部件都设计成实施方式的具体应用所需要的。
在图3中，温度感测装置34包括壳体40、感测元件42、致动销44和弹簧46。壳体40包括底部部分47以及侧壁48和49，所述底部部分47以及侧壁48和49由金属合金或类似的刚性并阻燃的材料构成。该材料还应当允许热量传送通过壳体40的壁48和49。致动销44由与壳体40类似的材料形成。致动销的底部与弹簧46接触，同时中心轴由感测元件42环绕。弹簧46示出为在壳体40的底部部分47与致动销44的底部之间压紧的金属盘簧。在其他实施方式中，弹簧是能够在致动销44的端部提供力的任何弹性或弹力结构。
感测元件42是取决于温度的材料，例如共晶焊料或固化的盐溶液。在固体状态，所述取决于温度的材料将致动销保持在适当的位置，以在弹簧46上形成压缩力。在达到设定的阈值温度时，焊料或固化的共晶盐溶液将熔化并且变成液体。这将允许弹簧46上存储的压缩力释放并朝向压电振荡器32驱动销44。压电振荡器上的力将形成电流，所述电流通过引线36发送到致动机构28从而点燃其中的压电填充剂，由此从灭火器12通过阀门的开口释放灭火材料，或通过来自如前面所述的作为气体发生器的烟火填充剂形成的压力来释放灭火材料。为了制造温度感测装置34，致动销44以距底端的预定距离放置在壳体40的壁48和49之间。液体感测元件42被注入壳体40中并被允许凝固。弹簧46被放置在致动销44的底部，随后底部部分47被放置在适当位置，从而形成弹簧46上的压紧力。
图4示出了温度感测装置34的第二实施方式，所述温度感测装置34包括壳体50、感测元件52、致动销54和隔板56。感测元件52是膨胀材料。驱动致动销54的力由膨胀材料提供。壳体50由金属合金构成，并且用于从所有侧面包含感测元件52，同时允许所述感测元件52沿销54的轴58的方向线性运动。膨胀材料推动抵靠致动销54的底部57，由隔板56抵靠膨胀材料的作用将所述致动销54保持在适当的位置。当膨胀材料被加热超过阈值温度时，致动销54使隔板56破裂并且致动销54的轴58施加力到压电振荡器32，从而形成通过引线36发送到致动机构28的电流。适当的膨胀材料的示例是恒温蜡。
图5示出了温度感测装置34的第三实施方式，所述温度感测装置34包括壳体60、感测元件62、隔板64和销66。温度感测装置34的非电动线性热检测器通过增加包含在薄的感测管内的流体的压力来生成力。在示出的特定示例中，感测元件62是流体压力并且施加力到销66的底部67，由隔板64抵靠流体压力的作用将所述销66保持在适当位置。当由于温度增加而使流体压力超过阈值时，销66的轴68使隔板64破裂并且将所述销66的轴68挤出从而施加力到压电振荡器32。
压电叠片是成本相对较高的元件(例如，小容积的大约100美元)，并且这样一来使用更低成本的(例如，低于5美元的)诸如那些通常用于压电点火器中的单晶体将更可取。使用压电叠片点燃现有的压电致动器是：直接使用压电点火器生成的火花来起动致动机构28中的烟火填充剂的燃烧。在一个实施方式中，这就需要使用能够通过单个电火花来点燃的烟火致动器。
由压电点火器生成的火花更适于易燃气体而非固体烟火填充剂的点燃；然而，在紧凑的致动器中需要固体填充剂来生成足够的力来驱动该致动器。在一个实施方式中，压电点火器被用于点燃易燃气体，所述易燃气体又点燃烟火填充剂。在另一个实施方式中，其中在自由空间中容纳了火花电极的器件通过薄纱与烟火填充剂分隔开。所述自由空间将充满易燃气体，所述易燃气体可通过压电点火器点燃从而点燃烟火填充剂。
所公开的用于火灾检测和灭火的系统的实施方式的优势是：所述系统在不需要改变现有灭火器设计的情况下提供一种用于在电操作系统中引入辅助紧急释放机构的方式，在系统失灵时所述辅助紧急释放机构就会操作。进一步，现提供一种与现有的电操作灭火器一起使用的采用非电动的独立检测机构的方式。由此，在公开的实施方式中，所述系统允许单个烟火致动元件与电操作检测系统或非电动机械操作检测系统一起使用，从而保证不同设备之间的部件的通用性。在公开的实施方式中，因为机械式温度感测装置34将用作备用和后备系统，所以不需要担心电源失效、来自控制单元和检测器件的电气检测误差或火灾事故期间的导线失效。
虽然已经参照优选实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可对本发明的形式和细节做出改变。
Claims (20)
1.一种灭火装置，包括：
限定第一腔室的结构，所述第一腔室容纳可电力操作的爆炸器件；
压电电池，所述压电电池定位成能够响应于所述压电电池上的冲击而产生电输出；
与所述结构接触的非易燃加压流体的容器；以及
机械检测机构，所述机械检测机构具有用于在设定温度下产生机械力的热传感器；
其中由所述机械检测机构产生的机械力被施加到所述压电电池从而产生致动所述可电力操作的爆炸器件的电输出。
2.如权利要求1所述的灭火装置，其中所述热传感器包括共晶焊料。
3.如权利要求2所述的灭火装置，其中所述机械检测机构包括弹簧和致动销。
4.如权利要求1所述的灭火装置，其中所述热传感器包括膨胀材料。
5.如权利要求4所述的灭火装置，其中所述机械检测机构包括隔板和致动销。
6.如权利要求1所述的灭火装置，其中所述机械检测机构包括：壳体、感测流体、隔板和致动销。
7.如权利要求1所述的灭火装置，其中所述热传感器具有80摄氏度到250摄氏度之间的起动温度。
8.一种灭火装置，包括：
其中含有材料的压力容器；
与所述压力容器连通的套筒，所述套筒包括：
带烟火致动器的容器杯，所述烟火致动器带有电引线；
连接到电引线的压电元件；以及
基于温度敏感元件的机械检测机构，所述机械检测机构能够在高于温度敏感元件的阈值温度时生成机械力。
9.如权利要求8所述的灭火装置，其中所述温度敏感元件包括共晶焊料。
10.如权利要求9所述的灭火装置，其中所述机械检测机构包括弹簧和致动销。
11.如权利要求8所述的灭火装置，其中所述温度敏感元件包括膨胀材料。
12.如权利要求11所述的灭火装置，其中所述机械检测机构包括隔板和致动销。
13.如权利要求8所述的灭火装置，其中所述机械检测机构包括：壳体、隔板和致动销；并且其中所述温度敏感元件包括感测流体。
14.一种火灾检测和灭火系统，包括：
至少一个火灾检测装置；
电源；
控制单元；
至少一条从所述控制单元到压电振荡器的电引线；
其中含有材料的压力容器；
带有到所述压电振荡器的电引线的烟火致动器；以及
基于温度敏感元件的机械检测机构，所述机械检测机构能够在高于阈值温度的温度下生成机械力。
15.如权利要求14所述的火灾检测和灭火系统，其中所述温度敏感元件具有80摄氏度到250摄氏度之间的起动温度。
16.如权利要求14所述的火灾检测和灭火系统，其中所述压力容器中的材料是灭火剂或阻燃剂。
17.如权利要求14所述的火灾检测和灭火系统，其中所述压电振荡器提供电能到所述烟火致动器。
18.如权利要求14所述的火灾检测和灭火系统，其中所述机械检测机构包括：壳体、隔板和致动销；并且其中所述温度敏感元件包括感测流体。
19.如权利要求14所述的火灾检测和灭火系统，其中所述温度敏感元件包括膨胀材料或共晶焊料。
20.如权利要求14所述的火灾检测和灭火系统，其中所述机械检测机构包括弹簧和致动销。
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