CN1692969B - 控制物质释放的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
控制物质释放的阀1和方法,阀1包括:壳体,该壳体具有连接该物质的源的入口3,出口5,和在入口和出口之间延伸的通道7,该通道7由陶瓷盘9封闭,以及提供的将电脉冲施加于该盘的装置,提供该装置以将电脉冲施加于该盘以使该盘9破裂,从而将入口3连接于出口5,该方法包括以下步骤:将该物质包含在容器中;将该容器连接于包括壳体的阀1,该壳体具有连接于该物质的源的入口3、出口5以及在它们之间延伸的通道7,该通道7由陶瓷盘9封闭;将电脉冲施加于盘9,以便使盘9破裂,从而将入口3连接到出口5。该阀和方法特别地适合于物质如加压灭火介质的控制,但是不限于此。
Description
本发明涉及控制物质释放的装置和方法。特别适合于物质如加压灭火介质的控制,但是不限于此。
已知的控制物质释放的装置包括壳体,该壳体具有连接物质源的入口、出口以及在它们之间延伸的通道,该通道例如由易碎的金属盘封闭,可以通过机电的或化学的(烟火的或爆炸的)装置使该金属盘破裂,以便将入口连接到出口并释放该物质。
根据本发明的第一个方面,提供一种控制物质释放的装置,该装置包括:壳体,该壳体具有连接该物质源的入口,出口,在入口和出口之间的延伸的通道,该通道由陶瓷元件封闭;并且提供手段来将电脉冲施加于该元件,以使该元件破裂,从而将该入口连接到该出口。该陶瓷元件包括陶瓷材料,该陶瓷材料包含金属氧化物并且具有等于或者小于105Vm-1的介电强度。
根据本发明的第二个方面,还提供一种控制物质释放的方法,该方法包括以下步骤:将该物质包含在容器中;将该容器连接到一种装置,该装置包括:壳体,该壳体具有连接于该物质源的入口,出口,和在入口和出口之间延伸的通道,该通道由陶瓷元件封闭,并将电脉冲施加于该陶瓷元件,以便使该元件破裂,从而将该入口连接到该出口。其中所述陶瓷元件包括含有金属氧化物的陶瓷材料并且其具有等于或者小于105Vm-1的介电强度。
本发明还涉及一种灭火装置,包括:包含加压灭火介质的容器;如前面所述的控制灭火介质释放的装置;以及将电脉冲施加于该元件的手段,以使所述元件破裂,并将所述入口连接于所述出口,并在随后释放该灭火介质。
现在,参照附图,将仅通过举例的方式描述根据本发明的用于控制呈加压的灭火介质状的物质释放的装置和方法,其中:
附图1A表示了控制加压灭火介质的阀的正面示意图,该加压灭火介质连接在灭火介质源和出口之间,其中,将该源和出口之间的通道通过第一类型的陶瓷盘封闭;
附图1B是与附图1A类似的视图,但是其表示了电路、控制系统以及控制该装置开口的开关;
附图1C是与附图1A和1B类似的视图,但是其表示了破碎的陶瓷元件;
附图2A是与附图1A类似的视图,但是其表示了第二类型的陶瓷元件;
附图2B是与附图1B类似的视图,但是其表示了第二类型的陶瓷元件;
附图2C是与附图1C类似的视图,但是其表示了破碎的第二类型的陶瓷元件;
附图3A是与附图1A类似的视图,但是其表示了第三类型的陶瓷元件;
附图3B是与附图1B类似的视图,但是其表示了第三类型的陶瓷元件;
附图3C是与附图3A类似的视图,但是其更详细地表示了第三类型的陶瓷元件;
附图3D是与附图1C类似的视图,但是其表示了破碎的第三类型的陶瓷元件;
附图4是包括圆周槽的第一或第二或第三陶瓷元件的透视图。
在附图中,通常将相同的元件由相同的附图标记表示。
参照附图1A,阀1包括由金属或其它适当的材料制成的壳体(未示出),该壳体具有入口3、出口5以及在入口3和出口5之间延伸的通道7。将入口3连接到加压灭火介质源4,并且将出口5连接到输送通道6。将通道7通过第一类型的陶瓷盘9封闭。在本实施方式中,陶瓷盘9包括单一的陶瓷材料,该陶瓷材料具有低介电强度,并且将在下面更详细描述。参照附图1B,将陶瓷盘9通过控制器12连接到电流11的源10,该控制器由开关或者其它的装置13驱动。
在使用中,将阀1由开关或者其它的手段13驱动,该开关或者其它的装置使该控制器将电脉冲施加于盘9。电脉冲在陶瓷盘9内引起电压过应力或者电流过应力,该过应力在陶瓷盘9的陶瓷材料内导致氧化分解,从而产生通过盘9被迫扩散的裂缝。如附图1C所描述的,这种机构导致了盘9的破裂,从而将入口5连接到出口7,并且允许加压灭火介质的释放。
为了优化根据第一实施方式的破裂机构,形成盘9的陶瓷材料的介电强度优选地等于或者小于105Vm-1。为了通过电压过应力产生盘破裂,陶瓷材料优选地是ZrO2/MgO复合物、MgO、MgAl2O4、Al2O3或者Y2O3中的一种。为了通过电流过应力产生盘破裂,该陶瓷材料优选地是LaCrO3、LaCoO3、La2NiO4或者NiMn2O4中的一种。
附图2A,2B和2C表示了本发明的第二个实施方式。附图2A的阀1通常与附图1A的阀1相同,相同的元件由相同的附图标记给出,并且不再详细地描述。在第二个实施方式中,具有第二类型的陶瓷盘9,该第二类型的陶瓷盘包括布置的第一和第二陶瓷材料15、17以形成第一和第二相异的层,第一陶瓷材料15形成盘9的第一层(位于更靠近入口3的位置)并且具有相对高的热膨胀系数,第二陶瓷材料17形成盘9的第二层(位于更靠近出口5的位置)并且具有相对低的热膨胀系数。
在第二个实施方式中,在开关13(参见附图2B)操作上应用的电脉冲通过热膨胀造成了陶瓷盘9的破裂。第一陶瓷材料15(具有相对的高热膨胀系数)将会比第二陶瓷材料17(具有相对的低热膨胀系数)膨胀更大的程度。如附图2C所描述的,这种机构导致了盘9的破裂,从而将入口9连接到出口5,从而允许灭火介质的释放。
为了通过应用电脉冲使磁盘加热,该两个陶瓷材料15、17之一必须还具有低电阻率。优选地由第二陶瓷材料17提供低电阻率。此外,优选地将盘9的表面金属化,以便使电流循环一致,从而避免破裂,并且有利于两个陶瓷材料15、17之间的热传递。可以通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)将盘9的表面金属化,所用金属优选地是铝基或者镍基的。
为了优化根据第二个实施方式的破裂机构,陶瓷材料15、17的热膨胀系数之间的差异大约为5%。如果陶瓷材料15、17的热膨胀系数之间的差异过大,则当环境温度增长时,盘9会出乎意料地破裂。相对的高热膨胀系数的第一陶瓷材料15优选地是Al2O3、ZrO2/Y2O3复合物、ZrO2/MgO复合物或MgO中的一种。第二陶瓷材料17形成盘9,并且具有相对的低热膨胀系数以及等于或小于2.102Ohm.m的电阻率,该第二陶瓷材料优选地是La2NiO4、ZnO、LaCrO3、LaCoO3或者NiMn2O4中的一种。
其次参照附图3A、3B和3C,这些附图的阀1通常与附图1A至1C和2A至2C的阀1相同,相同的元件由相同的附图标记给出,并且不再详细地描述。在第三个实施方式中,陶瓷盘9的第三种类型包括具有高导热系数的陶瓷材料19和碳的复合物。通过开关13的操作驱动阀1,将电脉冲施加于陶瓷盘9,该陶瓷盘由混合物燃烧破裂。该电脉冲加热盘9,导致盘9内的碳燃烧,从而造成盘9内的空位21(参见附图3C)。该碳燃烧削弱了盘9,然后,该盘由于通过灭火介质施加在盘9上的压力而破裂(参见附图3D),从而将入口3连接到出口5,并且允许灭火介质的释放。
为了优化根据第三个实施方式的破裂机构,组成盘9的陶瓷材料19的电阻率优选地等于或者低于2.102Ohm.m。陶瓷材料19优选地是LaCrO3、SiC或者La2NiO4中的一种。
在此,在参照附图1A至1C、附图2A至2C或者3A至3D描述的任一实施方式中,为了优选地促进盘9的破裂,可以将盘9由相对的第一和第二表面23、25形成,并且在第二表面25上具有槽27。如图4中所示,其中槽27位于盘9的圆周,该槽27是与盘9同心的环形槽27,并且沿着盘9的圆周定位。在这种情况下,盘9的破裂机构是从槽27的裂缝和破裂的扩散,以便去除盘9的中心,从而将入口连接到出口,并且释放灭火介质。在使用中,将陶瓷盘9以面向出口5的第二表面25安装。已经发现,当与不具有这样的槽27的盘9相比时,造成具有这样的槽27的盘9的破裂需要更小动力。在一个测试中发现,与没有槽27的盘9相比,槽27周围的电场几乎强三倍,从而导致了更高的应力。槽27的存在还导致了盘9的更加清洁以及更加可控制的破裂。虽然所描述的槽27促进了盘9的破裂,但是也可以为这一目的提供其它的装置。例如,可以使用一些表面削弱的其它类型。
本领域的技术人员当然可以理解,根据在此描述的实施方式,可以使用任何适当的可选择的陶瓷材料,陶瓷材料的组合或者陶瓷复合物。此外,在此描述的实施方式不能认为也不应当用来限定本发明的范围。而应当理解,可以使用任何适当的壳体布置作为控制物质释放的阀,该壳体包括用于封闭入口和出口之间通道的陶瓷盘。
如上所述的阀控制了灭火介质的释放。灭火介质的释放控制是通过陶瓷盘的破裂实现的。因此,该阀仅可以操作一次,其后,为了允许再次操作该阀,需要干预以替换破裂的陶瓷盘。
虽然描述了易碎的盘,但是应当理解,这种易碎的元件可以是任何适当的形状,例如,圆形、矩形,并且可以不是完全平的。通常通过壳体或管道的内部形状确定该形状,将易碎的元件定位在该壳体或管道中。该易碎的元件通常是材料的平板或薄膜。
本领域的技术人员还应当理解,在此参照附图描述的装置不但适用于控制任何加压灭火介质的释放,该介质例如采用液体、气体或粉末的形式,而且同样地适用于控制任何其它适当的物质的释放。
Claims (15)
1.一种控制物质释放的装置,该装置包括:壳体,该壳体具有连接该物质源的入口,出口,和在该入口和出口之间延伸的通道,该通道由陶瓷元件封闭;并且提供手段来将电脉冲施加于该元件,以使该元件破裂,从而将该入口连接到该出口,该陶瓷元件包括陶瓷材料,该陶瓷材料包含金属氧化物并且具有等于或者小于105Vm-1的介电强度。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,该陶瓷元件包括ZrO2/MgO复合物、MgO、MgAl2O4、Al2O3或者Y2O3。
3.根据权利要求1所述的装置,其中,该陶瓷元件包括LaCrO3、LaCoO3、LaNiO4或者NiMn2O4。
4.根据任意前述权利要求所述的装置,其中构造该陶瓷元件以提供通过电脉冲的应用来促进该元件破裂的手段。
5.根据权利要求4所述的装置,其中,该元件具有第一和第二相对的表面,所述破裂促进手段包括在该元件的第一表面上的槽。
6.根据权利要求5所述的装置,其中,该第一表面更靠近该出口。
7.根据权利要求6所述的装置,其中,该陶瓷元件是盘。
8.根据权利要求7所述的装置,其中,该槽是与该盘同心的环形槽,并且沿着该元件的圆周定位。
9.灭火装置,包括:
包含加压灭火介质的容器;
如前任一权利要求所述的控制灭火介质释放的装置;以及
将电脉冲施加于该元件的手段,以使所述元件破裂,并将所述入口连接于所述出口,并在随后释放该灭火介质。
10.一种控制物质释放的方法,包括以下步骤:
将该物质包含在容器中;
将该容器连接到包括壳体、出口和通道的装置,该壳体具有连接于该物质的源的入口,该通道在该入口和出口之间延伸并由陶瓷元件封闭;以及
将电脉冲施加于该陶瓷元件,以使该元件破裂,从而将该入口连接到该出口,其中所述陶瓷元件包括含有金属氧化物的陶瓷材料并且其具有等于或者小于105Vm-1的介电强度。
11.根据权利要求10所述的方法,进一步包括步骤:构造该元件以提供通过电脉冲的应用来促进该元件破裂的手段。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,该元件具有第一和第二相对的表面,并且提供促进该元件破裂的装置,该元件包括在该元件的第一表面上形成槽。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,该第一表面更靠近该出口。
14.根据权利要求11至13任一所述的方法,其中,该陶瓷元件是盘。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,该槽是与该盘同心的环形槽,并且沿着该盘的圆周定位。
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