CN110538409A - 一体式自动爆破灭火系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式自动爆破灭火系统和方法，包括壳体和设置在壳体内的感光式火灾探测器、第一电源、温度探测器、第二电源、控制模块、爆破装置、评估单元和报警器，其中，控制模块与评估单元、爆破装置和报警器分别连接，由第一电源和/或第二电源供电，所述评估单元与温度探测器和感光式火灾探测器分别连接，爆破装置包括爆破体和设置在爆破体内的雷管、炸药、灭火剂，和在爆破体侧面设置的导引口。本发明快速准确检测火灾，在断电情况下也可以保持长时间的有效工作状态，同时灭火迅速有效，防止火灾的恶化和扩散，有效保障人身财产安全。

Description

一体式自动爆破灭火系统和方法

技术领域

本发明属于消防领域，特别涉及一种一体式自动爆破灭火系统和方法。

背景技术

现有技术中，无法做到快速反应并智能地扑灭仓库、车间或车辆等发生的这类火灾，因这类火灾起火快、扩散快，人为监控或机器检测装置识别速度慢，并且检测装置通常和灭火剂的储存装置是想分开的，使得无法在较短的时间内覆盖大量灭火剂。根据以往火灾扑灭的经验可知，灭火剂施加的速度越快，覆盖面积越大，灭火速度越快。因此需要灭火器，在无人的情况下，能够快速识别火灾发生，在第一时间内实现快速反应和介入，使其所有灭火剂瞬间施加到火灾发生点上，防止火灾的快速蔓延。这是传统技术欠缺的和不足的地方。

现有技术采用的干粉灭火剂扑灭火源效率不高：干粉灭火器无法扑灭锂电子仓库火灾以及火情较大的火灾，其喷射过程中无法液体雾化并尽可能覆盖着火点。还有其致命的缺点：易吸潮、结块及不抗复燃。在扑灭液体(油等易燃液体)类火灾时,当干粉粒子喷射到易燃液体表面上时，因干粉粒子具有很强的亲油性,干粉粒子渗入易燃液体中,又因干粉灭火剂不利于冷却,残余火焰将会复燃。传统抑制剂(二氧化碳、惰性材料)的使用是有问题的：对人体的危害、对自然环境的污染以及对关键系统造成的潜在损害；在灭火剂扑灭火灾之后残留在室内难以清除。

虽然现有技术中有设置火灾探测器的灭火装置，但是单传感器探测器会在危急情况下对未达到火灾的情况做出反应。由于在一些环境中无法避免的需要使用探测器，因此由于这些探测器的错误警报的数量以及消防部门的不必要的响应是不可忽略的。在某些应用情况下，不能使用传统的烟雾探测器，因为环境条件不合适，或者火焰强度不够进入探测器的探测范围内，或是判断火灾发生的机器智能检测装置存在失误，烟头、打火机明火等因素容易导致检测装置收集到错误信号，致使灭火器资源的浪费、环境的破坏污染。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种一体式自动爆破灭火系统，包括壳体和设置在壳体内的感光式火灾探测器、第一电源、温度探测器、第二电源、控制模块、爆破装置、评估单元和报警器，其中，

所述控制模块与评估单元、爆破装置和报警器分别连接，由第一电源和/或第二电源供电，所述评估单元与温度探测器和感光式火灾探测器分别连接，爆破装置包括爆破体和设置在爆破体内的雷管、炸药、灭火剂，和在爆破体侧面设置的导引口；

评估单元对温度探测器传来的数据进行评估，在一段时间内，计算检测区域的温度上升的变化速率超过了临界值时，评估单元发送信号给控制模块，继而触发报警器，向外界发出警告提示；评估单元对感光式火灾探测器输入的数据进行评估，感光式火灾探测器探测是否有火灾发生时产生大气中没有的红外线和紫外线，否，则仅触发报警器，是，则评估单元向控制模块输出信号，控制模块控制第一电源和/或第二电源向雷管输出强电流，触发雷管引爆炸药，炸药的化学能转化为周围灭火剂流体的动能，壳体内压强升高，使其内部的灭火剂高速喷出导引口并雾化。

优选地，所述壳体内侧为复合防爆板，外侧为铝合金板。

优选地，所述爆破装置与温度探测器之间设置10mm宽的中空结构。

优选地，所述爆破装置与感光式火灾探测器之间设置10mm宽的中空结构。

优选地，所述导引口在爆破体的侧面设置5个，设置导引口的爆破体侧面呈凹形，导引口在凹形中间设置1个，上下对称各设置2个，与水平面呈45°，使得灭火剂喷出时的射线相交于一直线上。

优选地，所述灭火剂为水基型，包括水、碳氢表面活性剂、氟碳表面活性剂、阻燃剂和助剂。

优选地，所述控制模块包括STM32F103芯片。

优选地，所述温度探测器包括DS18B20。

基于上述目的，本发明还提供了一体式自动爆破灭火方法，包括以下步骤：

S10，温度探测器检测范围内的温度；

S20，检测到的温度数据传输到评估单元；

S30，预设时间内温度改变量是否超标；

S40，是，则触发报警器，发出警告提示；否，则继续S10；

S50，感光式火灾探测器将探测到的数据传输到评估单元；

S60，是否出现火焰特有的红外线；

S70，是，则评估单元向控制模块输出信号，控制模块输出高电流给爆破装置，引爆灭火；否，则继续S50。

优选地，S70包括以下步骤：

S71，控制模块接收到温度探测器输出的复位信号；

S72，控制模块是否收到感光式火灾探测器发送的DO低电平信号；

S73，是，则控制模块的I/O口输出高电压，否，则返回到S71；

S74，经过限流电阻使电流达到300mA；

S75，脉冲电流触发雷管的高压电容器；

S76，触发雷管引爆炸药；

S77，增大爆破体内的压强，灭火剂从导引口喷出。

与现有技术相比，本发明公开的一体式自动爆破灭火系统和方法，至少具有以下有益效果：

1)灭火系统为一体式，且体量较小，轻便的外形和简易的操作可以让人很容易的进行安装和使用，且装置所使用的材料具有良好的强度和耐用性，每个部件都可以拆卸并更换，模块化的设计使得装置在使用后可以进行再次组装和使用；

2)双探测器的设计使得该装置能在火灾发生的最早期，对火灾做出有效的探测和识别，防止了由于人为因素或自然因素偶然的使得探测结果出错，发出错误报警和不必要的灭火措施，一旦两个探测器同时探测到火灾后可以第一时间触发爆破装置，快速对起火点释放大量的有效灭火剂；

3)采用水基的灭火剂，在喷出后会迅速雾化，细小的水雾且无毒的灭火剂不会对周围的人造成危害，可以应用于人参与的工作环境中，保障人与周围环境的消防安全；

4)采用新型的灭火剂，能更有效的灭火，且能对更多类的火灾起到有效的扑灭作用，添加的成分可以100％降解，对环境不造成污染。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明实施例一体式自动爆破灭火系统的正面示意图；

图2为本发明实施例一体式自动爆破灭火系统的结构示意图；

图3为本发明实施例一体式自动爆破灭火系统的结构框图；

图4为本发明实施例一体式自动爆破灭火系统的爆破装置的剖视图；

图5为本发明实施例一体式自动爆破灭火系统的爆破装置的电路原理图；

图6为本发明实施例一体式自动爆破灭火方法的步骤流程图；

图7为本发明实施例一体式自动爆破灭火方法的S70具体步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

系统实施例参见图1-5，包括壳体6和设置在壳体6内的感光式火灾探测器1、第一电源2、温度探测器7、第二电源5、控制模块10、爆破装置20、评估单元50和报警器60，其中，

控制模块10与评估单元50、爆破装置20和报警器60分别连接，由第一电源2和/或第二电源5供电，评估单元50与温度探测器7和感光式火灾探测器1分别连接，爆破装置20包括爆破体61和设置在爆破体61内的雷管3、炸药4、灭火剂9，和在爆破体61侧面设置的导引口8；

评估单元50对温度探测器7传来的数据进行评估，在一段时间内，计算检测区域的温度上升的变化速率超过了临界值时，评估单元50发送信号给控制模块10，继而触发报警器60，向外界发出警告提示；评估单元50对感光式火灾探测器1输入的数据进行评估，感光式火灾探测器1探测是否有火灾发生时产生大气中没有的红外线和紫外线，否，则仅触发报警器60，是，则评估单元50向控制模块10输出信号，控制模块10控制第一电源2和/或第二电源5向雷管3输出强电流，触发雷管3引爆炸药4，炸药4的化学能转化为周围灭火剂9流体的动能，壳体6内压强升高，使其内部的灭火剂9高速喷出导引口8并雾化。

具体实施例中，从外观上看，系统总共分为3个部分，位于中间的爆破装置20和两侧的温度探测器7和感光式火灾探测器1，整个系统的壳体6内侧采用复合防爆板，外侧为2mm铝合金板板。两侧温度探测器7和感光式火灾探测器1与待固定面分别用四个等级为9.9，规格为M6*80mm-PPB的膨胀螺栓连接；中间的爆破装置20则使用等级为10.9，规格为四个M8*80mm-PPB的膨胀螺栓连接，每个螺栓的抗拉强度达到1000MPa，使得整体能牢固的固定在固定面上，即便爆破装置20内的雷管3被触发，炸药4发生爆炸，壳体6依旧保证被固定。温度探测器7和感光式火灾探测器1与爆破装置20之间，有10mm宽的中空结构，中空结构周围的外壳厚度为10mm，由内外两层组成，外层的5mm外壳属于温度探测器7和感光式火灾探测器1，内层的5mm外壳属于爆破装置20。在该外壳的四个面的中心点上，有直径为8mm的螺丝钻孔，固定时则使用M4*10mm-PPB型号螺钉。在温度探测器7和感光式火灾探测器1与爆破装置20的中空结构内，各有两个可在两部分装置相互组装完成后进行导电的，直径6mm高5mm的圆柱导体，温度探测器7和感光式火灾探测器1的电流信号会通过中空结构中两个圆柱导体来进行传导。参见图2壳体6后部填充12mm厚的缓冲物质的缓冲带，减小爆炸对壳体6和后部墙壁的冲击。在两侧的感光式火灾探测器1和温度探测器7后分别设置第一电源2和第二电源5，感光式火灾探测器1和温度探测器7通过M2*2mm-PPB型号螺钉固定在壳体6上，第一电源2和第二电源5的外壳则是通过不锈钢焊接固定在壳体6上。第一电源2和第二电源5中包括电池，电池可以从上端拿出进行更新替换。

参见图2和4的爆破装置20为一次性的装置，工作后可以从壳体6中拆卸下来进行更新替换。包括爆破体61和设置在爆破体61内的雷管3、炸药4、灭火剂9，和在爆破体61侧面设置的导引口8，雷管3和炸药4装载在外径15mm内径12mm的空心圆管内，材质为PC聚碳酸树酯，炸药4位于中间部分并密封。整个圆管将通过圆形固定钉固定在壳体6的后壁上。

炸药4位于爆破体61的后方，当被雷管3引爆并发生爆炸时，炸药4的化学能迅速转化为周围的灭火剂9流体的动能，爆破体61内的压强迅速增大，爆炸的冲击力将前方的灭火剂9推向导引口8处，导引口8处的封闭材料使用的是橡胶材料，所能承受压强比旁边铝合金板小很多，所以当压强达到其能承受的最大压强时，其会破裂并开放导引口8，灭火剂9得以高速沿导引口8的方向迅速释放。导引口8在爆破体61的侧面设置5个，设置导引口8的爆破体61侧面呈凹形，导引口8在凹形中间设置1个，上下对称各设置2个，与水平面呈45°，使得灭火剂9喷出时的射线相交于一直线上。参见图4所示箭头，高速的灭火剂9流体在两个点上互相碰撞，使得灭火剂9能被迅速雾化，并扩大灭火剂9最后的覆盖范围，起到良好的灭火效果。

参见图5为电路原理图，控制模块10包括STM32F103系列的单片机，温度探测器7包括DS18B20。控制模块10处理数据为ADC转换数据与TTL数据，该系列基于ARM Cortex-M3内核，拥有独有的电流制造工艺与更优化的节能架构，其最高工作频率为72MHz，在时钟频率72MHz时，STM32功耗仅为36mA，相较于现有技术功耗最低。同时，该系列含盖芯片工作所需的最少资源：时钟控制，复位，JTAG以及外围电路连接口。综上，该系列为可完成基本功能前提下的最优选择。

通过控制模块10对ADC及TTL数据的处理，判断灭火系统的工作方式，当接收到DS18B20复位信号时，PA5端口输出定时翻转电平，产生于蜂鸣器相同频率的方波，其输出电流通过三极管Q1放大，驱动蜂鸣器，警报响起。当同时接收到DS18B20复位信号与感光式火灾探测器1传来的火焰低电平信号时，控制模块10产生高电压，触发雷管3引爆释放灭火剂9。

温度探测器7包括DS18B20，为数字化温度传感器，由美国DALLAS公司推出。体积小、成本低，使用时无需外围器件仅占用一个I/O口便可实现环境温度与数字信号之间的数模转换。封装后耐磨耐碰，具有较强的抗干扰能力，适用于机房中的温度检测。DS18B20供电范围在3V至5.5V，具有较灵活的供电方式，可通过数据线获取电源，优化系统结构。其温度范围可从-55℃至125℃，在-10℃至85℃范围内精度可达±0.5℃。DS18B20内部设有EEPROM，可保证系统断电后仍保存分辨率与报警温度设定阈值，大大提高系统可靠性。

温度探测器7还包括低温度系数晶振和高温度系数晶振，低温度系数晶振振荡频率受温度影响较小，用于产生固定频率脉冲信号送入减法计数器，高温度系数晶振频率随温度变化影响较大，产生的信号作为减法计数器的脉冲输入。计数门开启时间由高温度系数振荡器决定，测量前将-55℃对应基数置入减法计数器和温度寄存器中，减法计数器对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器的预置减到0时，温度寄存器的值加1，减法计数器的预置被重新装入，重新计数，直至温度寄存器的值达到被测温度值，产生复位信号，控制模块10向蜂鸣器输出信号，发出警报。

感光式火灾探测器1包括LM393，采用宽电压LM393运放作比较器，该运放探测灵敏度较强并可通过R2调节。如图6所示该电路通过L1接收红外信号，可输出AO信号与DO信号，DO信号为TTL开关信号，感受到火焰时输出低电平，反之输出高电平，AO信号为模拟信号输出，可进行ADC转换提高电路精度。

当控制模块10接收到DO的低电平信号与DS18B20复位信号时，控制模块10中通过I/O口输出高电压，使电路电流达到300mA引爆雷管3，控制模块10的电流脉冲触发雷管3的高压电容器释放。雷管3可以使用小型的瞬时电雷管3，包括管壳、起爆药、主装药和合金盖片，引信线从管壳外部延伸至外壳内的电驱动起爆系统，当系统收到信号时，产生的电火花引爆雷管3中心的起爆药剂，使雷管3爆炸。

灭火剂9主要由水、碳氢表面活性剂、氟碳表面活性剂、阻燃剂和助剂组成为水基型(水雾)灭火剂9，在喷射后，形成水雾，可以蒸发蔓延火焰大量的热量，迅速大面积降低火场温度，抑制热辐射。水具有很高的热容量和较高的汽化热，当水在一定距离外喷射到火焰上，到达火焰的水吸收了火的热量，使燃烧物的温度降低到燃点以下，同时，水受热蒸发失去氧气。一部分水在未到达火焰上空时，因火焰热而形成水蒸气，水蒸气的质量比空气重，它隔绝了火与周围的氧气，使火失去助燃剂。表面活性剂在工业上有着广泛的用途，特别是特种表面活性剂——氟碳表面活性剂，氟碳表面活性剂氟碳表面活性剂就是氟原子取代普通碳氢表面活性剂疏水基中的氢原子，其有较高表面活性、高耐热稳定性、高化学稳定性，带有氟元素的烃基还具有憎水性和憎油性。在强酸、强碱、强氧化剂存在的条件下不分解，使用温度可达260℃以上。表面活性剂在燃烧物表面迅速形成一层水膜，降温、隔离空气同时作用，高效抑制火苗复燃，从而达到快速灭火的目的。

灭火剂9对固体类火灾通过渗透的方式扑灭火灾，如木头、棉布等渗水性好的材料更容易灭火，并使得未燃烧部分阻燃，控制火情蔓延。即使因火势较大而未能完全扑灭，其灭火剂9喷射的距离内也可以有效的阻断火焰，有效控制火灾的蔓延速度；对于液体类(如汽油、石油等易燃液体)引起的火灾，该灭火剂9仍然可以在液体表面形成一层不易被破坏的水膜，阻断其与空气接触，进而扑灭火灾。另外，可以使得被破坏的水膜再次恢复，所以这种灭火剂9的抗复燃性极好。由于本发明的灭火方式不受室内、室外、大风等环境的影响，灭火剂9可以最大限度的作用于起火点。

方法实施例参见图6-7，包括以下步骤：

S10，温度探测器检测范围内的温度；

S20，检测到的温度数据传输到评估单元；

S30，预设时间内温度改变量是否超标；

S40，是，则触发报警器，发出警告提示；否，则继续S10；

S50，感光式火灾探测器将探测到的数据传输到评估单元；

S60，是否出现火焰特有的红外线；

S70，是，则评估单元向控制模块输出信号，控制模块输出高电流给爆破装置，引爆灭火；否，则继续S50。

S70包括以下步骤：

S71，控制模块接收到温度探测器输出的复位信号；

S72，控制模块是否收到感光式火灾探测器发送的DO低电平信号；

S73，是，则控制模块的I/O口输出高电压，否，则返回到S71；

S74，经过限流电阻使电流达到300mA；

S75，脉冲电流触发雷管的高压电容器；

S76，触发雷管引爆炸药；

S77，增大爆破体内的压强，灭火剂从导引口喷出。

方法实施例参见系统实施例，不再赘述。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一体式自动爆破灭火系统，其特征在于，包括壳体和设置在壳体内的感光式火灾探测器、第一电源、温度探测器、第二电源、控制模块、爆破装置、评估单元和报警器，其中，

所述控制模块与评估单元、爆破装置和报警器分别连接，由第一电源和/或第二电源供电，所述评估单元与温度探测器和感光式火灾探测器分别连接，爆破装置包括爆破体和设置在爆破体内的雷管、炸药、灭火剂，和在爆破体侧面设置的导引口；

评估单元对温度探测器传来的数据进行评估，在一段时间内，计算检测区域的温度上升的变化速率超过了临界值时，评估单元发送信号给控制模块，继而触发报警器，向外界发出警告提示；评估单元对感光式火灾探测器输入的数据进行评估，感光式火灾探测器探测是否有火灾发生时产生大气中没有的红外线和紫外线，否，则仅触发报警器，是，则评估单元向控制模块输出信号，控制模块控制第一电源和/或第二电源向雷管输出强电流，触发雷管引爆炸药，炸药的化学能转化为周围灭火剂流体的动能，壳体内压强升高，使其内部的灭火剂高速喷出导引口并雾化。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述壳体内侧为复合防爆板，外侧为铝合金板。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述爆破装置与温度探测器之间设置10mm宽的中空结构。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述爆破装置与感光式火灾探测器之间设置10mm宽的中空结构。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导引口在爆破体的侧面设置5个，设置导引口的爆破体侧面呈凹形，导引口在凹形中间设置1个，上下对称各设置2个，与水平面呈45°，使得灭火剂喷出时的射线相交于一直线上。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述灭火剂为水基型，包括水、碳氢表面活性剂、氟碳表面活性剂、阻燃剂和助剂。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括STM32F103芯片。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度探测器包括DS18B20。

9.一种权利要求1-8之一所述系统的一体式自动爆破灭火方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10，温度探测器检测范围内的温度；

S20，检测到的温度数据传输到评估单元；

S30，预设时间内温度改变量是否超标；

S40，是，则触发报警器，发出警告提示；否，则继续S10；

S50，感光式火灾探测器将探测到的数据传输到评估单元；

S60，是否出现火焰特有的红外线；

S70，是，则评估单元向控制模块输出信号，控制模块输出高电流给爆破装置，引爆灭火；否，则继续S50。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，S70包括以下步骤：

S71，控制模块接收到温度探测器输出的复位信号；

S72，控制模块是否收到感光式火灾探测器发送的DO低电平信号；

S73，是，则控制模块的I/O口输出高电压，否，则返回到S71；

S74，经过限流电阻使电流达到300mA；

S75，脉冲电流触发雷管的高压电容器；

S76，触发雷管引爆炸药；

S77，增大爆破体内的压强，灭火剂从导引口喷出。