CN104269568B - 一种无源感温传感元件 - Google Patents

Abstract

一种无源感温传感元件。其包括正极、负极、加热形成电解质或熔盐电解质以及外部壳体；所述的正极与负极的一端与灭火设备或报警装置相连；加热形成电解质设置在正极和负极之间，外设壳体。本发明提供的无源感温传感元件可在无电源或断电后仍然能正常启动，具有耐低温、耐潮湿、结构简单、动作可靠、灵敏度高、不误报警等优点，因此可适用于各种用电启动的灭火系统。并且在连接报警装置或转换装置后也可作为火灾探测器使用。

Description

一种无源感温传感元件

技术领域

本发明属于消防技术领域，特别是涉及一种无源感温传感元件。

背景技术

随着人们对消防安全认识的提高，灭火装置使用的数量越来越多，因此对灭火装置的安全、可靠性也越来越受到人们的关注，在现有的气溶胶和贮压、非贮压超细干粉灭火装置中，这些灭火装置的启动方式主要有以下两种：

一种是用热敏线(即导火索)启动，热敏线为由感温自燃材料制成且与灭火装置相连的线型结构，在发生火灾时，位于保护区内的热敏线在达到一定温度时将自燃，利用自燃产生的热量启动灭火装置。这种启动方式的缺点是热敏线受潮以后或受到外力的作用时易断，这时将无法探测到火灾。另一方面，热敏线实际上就是一种导火索，属于易燃易爆危险品，在储存、运输和使用方面需要公安部门的特业许可，因此安全隐患比较大。

另一种是用电热方式启动，如中华人民共和国公共安全行业标准GA499.1-2004《气溶胶灭火系统》中的电引发器(即电点火头和引燃药包)，其是通过将电能转化为热能，使灭火剂或燃烧药剂燃烧，进而产生膨胀而向外喷洒灭火剂的方式来启动灭火装置。这种启动方式通常使用消防电源或电池供电，缺点是消防电源和电池与灭火装置之间的电连接线路较长，一旦电源线出现断路故障或电池无电的情况，由于没有电源，因此会出现灭火装置无法启动的问题。

陆瑞生、刘效疆编著的ISBN 7-118-03740-0《热电池》一书中提出过一种以熔盐作为电解质的热激活储备电池，常温储存时熔盐电解质为不导电的固体状态盐类电解质，使用时通过电源或撞击引燃其内部的加热药剂，由此使固体熔盐电解质加热熔融成为导电的离子型导体而进入工作状态，当停止加热且温度降低到熔盐电解质的凝固点时，其又恢复成不导电的固体状态。

该书中还提出过一种加热形成电解质热电池，加热形成电解质热电池是热电池的一种，该电池最大的特点是正、负极之间的电解质层与传统热电池完全不同。该电解质层在电池使用之前是不导电体，当受到热激活时，其将发生化学反应，生成溶剂及盐(溶质)，从而形成能够发生离子导电的电解质。一旦形成离子导电的电解质，电池的正、负极就能够发生氧化—还原反应，向外电路输出电能。由于这种在热激活时依靠化学反应形成的电解质在冷却后也不会发生逆向反应，因此即使在温度下降到室温时仍能发生离子导电，所以这种热电池不受温度下降的限制，具有很长的工作寿命，这个特点是其他热电池无法比拟的。

目前这种加热形成电解质热电池主要由以下几部分组成：

1、正极：主要是由正极活性物质及基片组成的片状结构体。常用的正极活性物质有：二硫化铁、三氧化钨、五氧化二钒、铬酸铅、重铬酸钾等。

2、负极：主要是由负极活性物质及基片组成的片状结构体。常用的负极活性物质有：镁、钙、锂铝合金、锂硅合金等。

3、加热形成电解质(或隔膜)：电池中作为电解质的片状结构体，主要由盐类电解质和粘合剂组成，除起离子导电作用外，还可阻止正极和负极之间的电子导电。

4、加热系统：为接受点火信号并引燃使热电池内部温度上升到工作温度的一套部件，主要由电点火头(电激活时)或火帽(机械激活时)、引燃纸和加热片组成。

5、电池壳：封闭并容纳上述结构件的容器。

图1为一种现有加热形成电解质热电池和熔盐作为电解质的热激活储备电池结构示意图；如图1所示，这种热电池包括正极11、加热形成电解质或熔盐电解质12、负极13、加热片14、输出接线柱15、壳体盖16、壳体17和激活块18；其中壳体17内从下至上依次设有加热片14、负极13、加热形成电解质12或熔盐电解质和正极11；壳体盖16覆盖在壳体17的上端口处，并且其上设有两个输出接线柱15，两个输出接线柱15的下端分别与正极11和负极13电连接；激活块18设置在壳体17的底面外部。

加热形成电解质热电池的工作原理为：在正常情况下，因为加热形成电解质12在常温下为绝缘体，所以输出接线柱15没有电压。当有外力撞击激活块18时，激活块18释放热量，该热量将通过壳体17传给加热片14，由此将加热片14启动，加热片14释放出的热量使加热形成电解质12发生化学反应，生成溶剂及盐(溶质)，由此形成能够发生离子导电的电解质，这时负极13将与加热形成电解质12发生氧化反应而失去电子；正极11则与加热形成电解质12发生还原反应而得到电子，从而在输出接线柱15两端输出电压。

熔盐作为电解质的热激活储备电池的工作原理为：在正常情况下，因为熔盐电解质12在常温下为固体状态，所以输出接线柱15没有电压。当有外力撞击激活块18时，激活块18释放热量，该热量将通过壳体17传给加热片14，由此将加热片14启动，加热片14释放出的热量使熔盐电解质12熔融，从而使其由固态转变成可以离子导电的液态，这时负极13将与熔盐电解质12发生氧化反应而失去电子；正极11则与熔盐电解质12发生还原反应而得到电子，从而在输出接线柱15两端输出电压。

由于上述热电池具有很高的比能量和比功率、使用环境温度宽、贮存时间长、激活后就可连续使用、结构紧凑、工艺简便、造价低廉、不需要维护等优点，受到军界的青睐，发展成为导弹、核武器、火炮等现代化武器的理想电源，在军事领域占有重要位置。但目前尚未应用至消防行业。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种耐潮湿、结构简单、安全可靠、感温自发电、无需电源的基于加热形成电解质的热电池原理的无源感温传感元件。

为了达到上述目的，本发明提供的无源感温传感元件包括正极、负极以及加热形成电解质或熔盐电解质；加热形成电解质或熔盐电解质设置在正极和负极之间。

所述的无源感温传感元件还包括设置在外部的壳体。

所述的无源感温传感元件中正极或负极中至少一个上串入有常开型热敏开关。

所述的无源感温传感元件是点式或线型无源感温传感元件。

所述的线型无源感温传感元件中的正极和/或负极为空心结构、实心结构、多芯结构或编织结构形式的等长线状导体，两者之间采用互相缠绕、绞合、等距并行或同轴方式设置。

所述的线型无源感温传感元件中的正极或负极为空心结构、实心结构、多芯结构或编织结构形式的等长线状导体时，在其外表面编织或缠绕有绝缘材料，在绝缘材料的空隙处填充加热形成电解质或熔盐电解质，与另一负极或正极之间采用互相缠绕、绞合、等距并行或同轴方式设置。

所述的正极采用二硫化铁、三氧化钨、五氧化二钒、铬酸铅或者重铬酸钾，或采用表面附着有上述或等同物质的导体、半导体或聚合物；所述的负极采用镁、钙、锂铝合金或者锂硅合金，或采用表面附着有上述或等同物质的导体、半导体或聚合物；所述的加热形成电解质采用四醋酸铅和氢化苯偶烟的混合物、苯偶酰单肟、二肼腈盐或碱金属盐LiCl，其反应温度点在60℃-500℃范围；所述的熔盐电解质采用40％LiCl-AICl₃、40％NaCl-AlCl₃、LiAlBr4-NaAlCl₄-KAlCl₄K、碘化银或碘汞酸亚铜，熔融温度点在60℃-500℃范围。

所述的熔盐电解质中还添加有粘合剂。

所述的线型无源感温传感元件还包括将多个所述的点式无源感温传感元件并联在一起的两条导体，其中一条导体同时与多个所述的点式无源感温传感元件中的正极相连，另一条导体同时与多个所述的点式无源感温传感元件中的负极相接。

所述的两条导体中的至少一条上串入有常开型热敏开关。

所述的常开型热敏开关是无源开关量输出热敏开关。

所述的导体为空心导体、实心导体或编织导体，两者之间采用互相缠绕、绞合、等距并行或同轴方式设置；正极或负极与导体之间的连接采用焊接、机械配合压接或导电胶粘接方式。

本发明提供的无源感温传感元件可在无电源或断电后仍然能正常启动，具有耐低温、耐潮湿、结构简单、动作可靠、灵敏度高、不误报警等优点，因此可适用于各种用电启动的灭火系统。并且在连接报警装置或转换装置后也可作为火灾探测器使用。

附图说明

图1为现有加热形成电解质热电池或熔盐作为电解质的热激活储备电池结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的无源感温传感元件结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的正负极采用绞合方式设置的无源感温传感元件结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的正负极采用同轴方式设置的无源感温传感元件结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的其上缠绕绝缘材料的无源感温传感元件结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的无源感温传感元件结构示意图。

图7为本发明实施例3提供的无源感温传感元件结构示意图。

图8为本发明实施例4提供的无源感温传感元件结构示意图。

图9为本发明实施例5提供的无源感温传感元件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的无源感温传感元件进行详细说明。

实施例1：

如图2所示，本实施例提供的无源感温传感元件包括正极1、负极2以及加热形成电解质或熔盐电解质3；所述的正极1与负极2的一端与灭火设备或报警装置相连；加热形成电解质或熔盐电解质3设置在正极1和负极2之间。

为了防止无源感温传感元件因受潮或受热而导致加热形成电解质或熔盐电解质3外流，在其外部还设有壳体4，壳体4可以采用金属、塑料或橡胶材料制成。

所述的正极1采用二硫化铁、三氧化钨、五氧化二钒、铬酸铅或者重铬酸钾等，或采用表面附着有上述或等同物质的导体、半导体或聚合物，附着方式为绕包、缠绕、顺放、涂刷等。

所述的负极2采用镁、钙、锂铝合金或者锂硅合金等，或采用表面附着有上述或等同物质的导体、半导体或聚合物，附着方式为绕包、缠绕、顺放、涂刷等。

所述的加热形成电解质3采用四醋酸铅和氢化苯偶烟的混合物、苯偶酰单肟、二肼腈盐或碱金属盐LiCl等，其反应温度为60℃-500℃。另外，加热形成电解质3中还可以添加粘合剂。

所述的熔盐电解质3可以是40％LiCl-AlCl₃、40％NaCl-AlCl₃或者LiAlBr4-NaAlCl₄-KAlCl₄K等，也可以是固体相变导电电解质，如碘化银、碘汞酸亚铜等，熔融温度为60℃-500℃。另外，熔盐电解质3中还可以添加粘合剂。

所述的无源感温传感元件可以是各种不同形状的点式无源感温传感元件，如纽扣式、方块形或片状等。

所述的无源感温传感元件还可以是各种不同结构的线型无源感温传感元件，其上正极1和负极2采用平行、同轴、绞合方式设置。在这种情况下，如图3、图4所示，所述的正极1和/或负极2为空心结构、实心结构、多芯结构或编织结构形式的等长线状导体，两者之间采用互相缠绕、绞合、等距并行或同轴方式设置。

另外，如图5所示，所述的正极1或负极2为空心结构、实心结构、多芯结构或编织结构形式的等长线状导体时，可在其外表面编织或缠绕绝缘材料6，在绝缘材料6的空隙处填充加热形成电解质3或者熔盐电解质3，与另一负极2或正极1之间采用互相缠绕、绞合、等距并行或同轴方式设置。

现将本实施例提供的无源感温传感元件工作原理阐述如下：

在正常情况下，因设置在火灾监测现场的无源感温传感元件中的加热形成电解质3没有被热激活，或者熔盐电解质3在低温环境下为固体状态，因此均为绝缘体，所以正极1与负极2之间无电压输出。

当发生火灾时，无源感温传感元件周围的环境温度将会升高，当该处的环境温度达到加热形成电解质3的热激活温度时，加热形成电解质3将发生化学反应，生成溶剂及盐(溶质)，由此形成能够发生离子导电的电解质，这时负极2将与加热形成电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与加热形成电解质3发生还原反应而得到电子；或当该处的环境温度达到熔盐电解质3的熔融温度时，熔盐电解质3将从固态变成可以离子导电的液态，这时负极2将与熔盐电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与熔盐电解质3发生还原反应而得到电子，由此在正极1与负极2两端输出电压，从而驱动灭火设备进行灭火或报警装置发出火灾报警信号。

另外，对于内部设有加热形成电解质3的无源感温传感元件来说，一旦其被激活发电后，不受环境温度的影响将持续发电，是不可逆的。而对于内部设有熔盐电解质3的无源感温传感元件来说，一旦其被激活发电后，若熔盐电解质3的受热温度低于其熔化温度点时就不会再继续发电，是可逆的。

实施例2：

如图6所示，本实施例提供的无源感温传感元件包括两条导体7和多个实施例1中提供的并联设置在两条导体7之间的点式无源感温传感元件；每个点式无源感温传感元件包括正极1、负极2、加热形成电解质或熔盐电解质3以及壳体4；加热形成电解质或熔盐电解质3设置在正极1和负极2之间，外设壳体4；其中一条导体7同时与多个点式感温传感元件的正极1相连，另一条导体7同时与多个点式感温传感元件的负极2相接，两条导体7的一端与灭火设备或报警装置相连。

在本实施例中，所述的导体7为空心导体、实心导体或编织导体，两根导体7之间采用互相缠绕、绞合、等距并行或同轴方式设置。正极1或负极2与导体7之间的连接可以采用焊接、机械配合压接或导电胶粘接方式。

现将本实施例提供的无源感温传感元件工作原理阐述如下：

在正常情况下，因设置在火灾监测现场的无源感温传感元件中的加热形成电解质3没有被热激活，或者熔盐电解质3在低温环境下为固体状态，因此均为绝缘体，所以两条导体7之间无电压输出。

当发生火灾时，无源感温传感元件周围的环境温度将会升高，当该处的环境温度达到加热形成电解质3的热激活温度时，其将发生化学反应，生成溶剂及盐(溶质)，由此形成能够发生离子导电的电解质，这时负极2将与加热形成电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与加热形成电解质3发生还原反应而得到电子；或当该处的环境温度达到熔盐电解质3的熔融温度时，熔盐电解质3将从固态变成可以离子导电的液态，这时负极2将与熔盐电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与熔盐电解质3发生还原反应而得到电子，从而在与正极1相连接的一条导体7以及与负极2相连接的另一条导体7的两端输出电压，由此驱动灭火设备进行灭火或报警装置发出火灾报警信号。

另外，对于内部设有加热形成电解质3的无源感温传感元件来说，一旦其被激活发电后，不受环境温度的影响将持续发电，是不可逆的。而对于内部设有熔盐电解质3的无源感温传感元件来说，一旦其被激活发电后，若熔盐电解质3的受热温度低于其熔化温度点时就不会再继续发电，是可逆的。

实施例3：

为了防止强电磁干扰或雷电感应或无源感温传感元件感温异常，如图7所示，本实施例提供的无源感温传感元件是在上述实施例1提供的无源感温传感元件基础上增加至少一个常开型热敏开关8；正极1或负极2的一端连接一个热敏开关8，或正极1和负极2的一端分别连接一个热敏开关8，并且正极1和负极2的一端直接或通过热敏开关8与灭火设备或报警装置相连。

所述的常开型热敏开关8为开关量输出热敏元件，如双金属片、干簧管、记忆合金丝、开关量感温电缆等。

现将本实施例提供的无源感温传感元件工作原理阐述如下：

在正常情况下，因设置在火灾监测现场的无源感温传感元件中的加热形成电解质3没有被热激活，或者熔盐电解质3在低温环境下为固体状态，因此均为绝缘体，而且热敏开关8为常开型，所以正极1与热敏开关8、或者负极2与热敏开关8、或者两个热敏开关8之间无电压输出。

在强电磁干扰或是感应雷或是无源感温传感元件感温异常的影响下，正极1与负极2间将形成瞬时电压，但由于热敏开关8为常开型，所以正极1与热敏开关8、或者负极2与热敏开关8、或者两个热敏开关8之间无电压输出。

当发生火灾时，无源感温传感元件周围的环境温度将会升高，当该处的环境温度达到加热形成电解质3的热激活温度时，其将发生化学反应，生成溶剂及盐(溶质)，由此形成能够发生离子导电的电解质，这时负极2将与加热形成电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与加热形成电解质3发生还原反应而得到电子；或当该处的环境温度达到熔盐电解质3的熔融温度时，熔盐电解质3将从固态变成可以离子导电的液态，这时负极2将与熔盐电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与熔盐电解质3发生还原反应而得到电子，由此在正极1与负极2两端形成电压，当温度继续升高并达到热敏开关8的动作温度时，热敏开关8将产生闭合，即从常开状态变为常闭状态，这时将在正极1与热敏开关8、或者负极2与热敏开关8、或者两个热敏开关8之间输出电压，由此驱动灭火设备进行灭火或报警装置发出火灾报警信号。

另外，对于内部设有加热形成电解质3的无源感温传感元件来说，一旦其被激活发电后，不受环境温度的影响将持续发电，是不可逆的。而对于内部设有熔盐电解质3的无源感温传感元件来说，一旦其被激活发电后，若熔盐电解质3的受热温度低于其熔化温度点时就不会再继续发电，是可逆的。

此外，为了防止强电磁干扰或雷电感应或无源感温传感元件感温异常，也可在实施例2提供的线型无源感温传感元件的两条导体7中的至少一条上串入常开型热敏开关8。

实施例4：

如图8所示，本实施例提供的无源感温传感元件是在上述实施例1提供的无源感温传感元件基础上增加一个电引发器5，电引发器5与正极1和负极2的一端相连，同时与灭火设备或报警装置相接，设置在火灾监测现场。

所述的电引发器5为电子引爆器、电爆管、电磁阀、继电器或电动机。

在正常情况下，因设置在火灾监测现场的无源感温传感元件中的加热形成电解质3没有被热激活，或者熔盐电解质3在低温环境下为固体状态，因此均为绝缘体，所以正极1和负极2之间无电压输出，因此电引发器5无法启动。

当发生火灾时，无源感温传感元件周围的环境温度将会升高，当该处的环境温度达到加热形成电解质3的热激活温度时，加热形成电解质3将发生化学反应，生成溶剂及盐(溶质)，由此形成能够发生离子导电的电解质，这时负极2将与加热形成电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与加热形成电解质3发生还原反应而得到电子；或当该处的环境温度达到熔盐电解质3的熔融温度时，熔盐电解质3将从固态变成可以离子导电的液态，这时负极2将与熔盐电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与熔盐电解质3发生还原反应而得到电子，电流将由正极1经电引发器5流向负极2。电引发器5在此电流的作用下将会产生热量，由此启动灭火系统中的灭火装置而实施灭火。

实施例5：

如图9所示，本实施例提供的无源感温传感元件是在上述实施例2提供的无源感温传感元件基础上增加一个电引发器5，电引发器5与两条导体7的一端相连，同时与灭火设备或报警装置相接，设置在火灾监测现场。

所述的电引发器5为电子引爆器、电爆管、电磁阀、继电器或电动机。

在正常情况下，因设置在火灾监测现场的无源感温传感元件中的加热形成电解质3没有被热激活，或者熔盐电解质3在低温环境下为固体状态，因此均为绝缘体，所以两条导体7之间无电压输出，因此电引发器5无法启动。

当发生火灾时，无源感温传感元件周围的环境温度将会升高，当该处的环境温度达到加热形成电解质3的热激活温度时，加热形成电解质3将发生化学反应，生成溶剂及盐(溶质)，由此形成能够发生离子导电的电解质，这时负极2将与加热形成电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与加热形成电解质3发生还原反应而得到电子；或当该处的环境温度达到熔盐电解质3的熔融温度时，熔盐电解质3将从固态变成可以离子导电的液态，这时负极2将与熔盐电解质3发生氧化反应而失去电子，正极1则与熔盐电解质3发生还原反应而得到电子，从而在与正极1相连接的一条导体7以及与负极2相连接的另一条导体7的两端输出电压，电流将由一条导体7经电引发器5流向另一条导体7。电引发器5在此电流的作用下将会产生热量，由此启动灭火系统中的灭火装置而实施灭火。

Claims (6)

1.一种无源感温传感元件，其特征在于：其包括正极(1)、负极(2)以及加热形成电解质或熔盐电解质(3)；加热形成电解质或熔盐电解质(3)设置在正极(1)和负极(2)之间；所述的无源感温传感元件是线型无源感温传感元件；所述的线型无源感温传感元件中的正极(1)或负极(2)为空心结构、实心结构、多芯结构或编织结构形式的等长线状导体时，在其外表面编织或缠绕有绝缘材料(6)，在绝缘材料(6)的空隙处填充加热形成电解质或熔盐电解质(3)，与另一负极(2)或正极(1)之间采用互相缠绕、绞合、等距并行或同轴方式设置。

2.根据权利要求1所述的无源感温传感元件，其特征在于：所述的无源感温传感元件还包括设置在外部的壳体(4)。

3.根据权利要求1所述的无源感温传感元件，其特征在于：所述的无源感温传感元件中正极(1)或负极(2)中至少一个上串入有常开型热敏开关(8)。

4.根据权利要求1所述的无源感温传感元件，其特征在于：所述的线型无源感温传感元件中的正极(1)和/或负极(2)为空心结构、实心结构、多芯结构或编织结构形式的等长线状导体，两者之间采用互相缠绕、绞合、等距并行或同轴方式设置。

5.根据权利要求1所述的无源感温传感元件，其特征在于：所述的正极(1)采用二硫化铁、三氧化钨、五氧化二钒、铬酸铅或者重铬酸钾，或采用表面附着有上述或等同物质的导体、半导体或聚合物；所述的负极(2)采用镁、钙、锂铝合金或者锂硅合金，或采用表面附着有上述或等同物质的导体、半导体或聚合物；所述的加热形成电解质(3)采用四醋酸铅和氢化苯偶烟的混合物、苯偶酰单肟、二肼腈盐或碱金属盐LiCl，其反应温度点在60℃-500℃范围；所述的熔盐电解质(3)采用40％LiCl-AICl₃、40％NaCl-AlCl₃、LiAlBr4-NaAlCl₄-KAlCl₄K、碘化银或碘汞酸亚铜，熔融温度点在60℃-500℃范围。

6.根据权利要求5所述的无源感温传感元件，其特征在于：所述的熔盐电解质(3)中还添加有粘合剂。