CN207624127U - 一种基于热声转换的火灾探测报警装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于热声转换的火灾探测报警装置，包括热收集板、热管、谐振管以及两个结构相同、对称设置在谐振管两端的驱动器，驱动器包括依次设置的热端换热器、板叠架以及冷端换热器，热端换热器的内腔为光滑的气室，板叠架内部设有板叠，板叠架与冷端换热器密封连接，冷端换热器一端设置有散热网，另一端与谐振管相连接，谐振管靠近冷端换热器的端部设置有压力传感器，谐振管的内部的中间位置处设置有振动膜，谐振管靠近振动膜的外壁上设置有麦克风和/或声感应装置，热管至少有一部分贴紧在热端换热器上。本实用新型火灾探测报警装置无运动部件，工作时无需连接电源，结构简单、运行稳定、振动小、寿命长和成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及火灾探测报警装置，具体是一种基于热声转换的火灾探测报警装置。
背景技术
火灾事故的发生逐年增长，居我国各种自然灾害之首。及早的发现火灾对防止火灾进一步扩大、确保生命以及财产安全意义重大。
当前的火灾探测设备主要利用感温式探测技术、感烟式探测技术、感光式火灾探测技术以及可视化火灾探测技术等技术手段，这些火灾探测设备本身即为较复杂的仪器，且需连接电源，工作易受周围不利环境影响，而且以上所述探测技术都有其探测的局限性，只能在特定的环境中运行，为了实现火灾报警功能就必须将以上所述探测设备与相应的报警装置联用，增加了系统的复杂性，这在使用过程中会引发一系列问题，例如机械的磨损，能量的消耗以及故障的频发等。
实用新型内容
本实用新型提供一种基于热声转换的火灾探测报警装置，可解决上述问题。
一种基于热声转换的火灾探测报警装置，包括：热收集板、热管、谐振管以及两个结构相同、对称设置在所述谐振管两端的驱动器，所述驱动器包括依次设置的热端换热器、板叠架以及冷端换热器，所述热端换热器的内腔为光滑 的气室，所述板叠架的内部设有板叠，所述板叠架的一端与所述热端换热器相连接，所述板叠架另一端与所述冷端换热器相连接，所述板叠架与所述热端换热器连接处、所述板叠架与所述冷端换热器的连接处均安装有导热的金属网，所述金属网是将温度输入或输出所述火灾探测报警装置的部位，所述冷端换热器靠近所述板叠架的一端设置有散热网，所述冷端换热器远离所述板叠架的一端与所述谐振管相连接，所述谐振管靠近所述冷端换热器的端部设置有压力传感器，所述谐振管的内部的中间位置处设置有振动膜，所述振动膜能够将对称设置在所述谐振管两端的所述驱动器的声压相位耦合，进而将声压转化为更高的声音，所述谐振管靠近所述振动膜的外壁上设置有麦克风和/或声感应装置，所述热管至少有一部分贴紧在所述热端换热器上，所述的热收集板将火灾环境的热量收集起来，通过热管将热量传递到热端换热器。
优选地，所述气室为球状，球状设置能最大限度的消除干扰波。
优选地，所述热端换热器内设置有热交换器内空腔，所述热收集板呈中空结构，所述热管可通过绕设或焊接等能达到与所述热端换热器紧密结合的方式贴紧在所述热端换热器上，所述热收集板通过所述热管与所述热交换器内空腔相通，且所述热收集板、所述热管以及所述热交换器内空腔内部均设有煤油，但不会因为热胀冷缩而损坏整个装置，热收集板所处位置最低，热管次之，热端换热器位置最高，从而有利于煤油汽化扩散到所需位置换热。
优选地，所述板叠是一个连接良好的整体但不局限于一整块材料，所述板叠包括若干个均匀分布的导热块，所述导热块可以为由板状材料制成的若干个上下相叠加的导热板，可以为由针状材料制成的若干个左右朝向的导热针或者其它的多孔物质构成，根据有关研究可知针状材料便于形成温度梯度，效率最高，相邻两个所述导热块之间的间距为2-5倍热渗透深度，所述导热块之间的间距是指相邻导热块之间的距离，导热块为导热板时，所述距离为上下两板之间的距离，导热块为导热针时，所述距离为导热针之间的距离，导热块为其他多孔性材料时，所述距离为开孔的径向长度之间的距离，所述热渗透深度为δk：
(1)式中，α为热扩散率，w为角频率，且w＝2πf，k为气体的热导率，ρ为气体的平均密度，cp为气体的比定压热容，f为声振频率，δk一般取值为零点几毫米，本装置为1/2波长系统，本装置的工作工质为空气。
优选地，所述谐振管的外壁的中间位置处开设有若干个沿周向均匀分布的通孔，促进声音传递至麦克风和/或声感应装置。
优选地，所述压力传感器连接至信息处理设备，所述麦克风和/或声感应装置连接至信息处理设备，所述信息处理设备连接至消防控制中心。
优选地，该火灾探测报警装置还包括支架，所述支架包括对称设置的两个固定板、若干个加强板以及若干个固定设置在所述固定板上的固定金属管，所述热端换热器和所述谐振管均通过所述加强板固定安装在所述固定金属管上，所述散热网延伸至所述固定金属管，便于所述冷端换热器的热量传递。
优选地，所述金属网可以是三层导热的金属网。
优选地，所述驱动器长度不大于所述谐振管长度的六分之一。
优选地，所述热端换热器，由导热材料制成，如黄铜。
优选地，所述的板叠架是绝热的硬性材料，以更好的保护内部板叠。
优选地，所述热管与所述热收集板相接部分由易于吸热的材料制成，其它部分涂有防止散热的保温涂层或者包裹保温层，所述热收集板易于吸收辐射的热量，一般放置于容易接收热量的位置，这随不同的探测报警环境而变。
优选地，所述支架包括三根固定金属管，这些所述固定金属管和所述热端换热器的接触点位置设置有绝热垫层，这些所述固定金属管和所述谐振管的接触点位置也设置有绝热垫层。
优选地，该火灾探测报警装置各部分均具有良好的气密性，且各部分空腔内壁和各部分连接处均光滑，能够避免影响热声转化过程的干扰，该火灾探测报警装置的最外层包裹有绝缘的包裹层。
本实用新型所述的火灾探测报警装置无运动部件，工作时无需连接电源，具有结构简单、运行稳定、振动小、寿命长和成本低等优点。通过热声转换，将火灾场中的低品质热能转化为声能，一定程度上节约能源，避免错误报警情况的产生；机械结构简单，机械磨损较小，弥补当前探测报警装置容易发生故障的问题，能够长时间稳定运行；所述火灾探测报警装置的测量对象为热量，故适用于大多数应用环境，且受外界环境影响较小，具有较好的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种基于热声转换的火灾探测报警装置结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种基于热声转换的火灾探测报警装置正视结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的热管和热收集板结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的热交换器内空腔结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的支架结构示意图；
图6为图5的右视图。
附图标记说明：
1-热端换热器，3-板叠架，4-板叠，6-冷端换热器，7-压力传感器，8-谐振管，9-气室，10-热收集板，11-热管，12-金属网，13-散热网，14-麦克风，15-振动膜，16-支架，17-热交换器内空腔，18-通孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1至图6所示，一种基于热声转换的火灾探测报警装置，包括：热收集板10、热管11、谐振管8和对称设置在所述谐振管8两端的驱动器，所述驱动器包括依次设置的热端换热器1、板叠架3以及冷端换热器6，所述热端换热器1的内腔为光滑的气室9，所述板叠架3的内部设有板叠4，所述板叠架3的一端与所述热端换热器1相连接，所述板叠架3另一端与所述冷端换热器6相连接，所述板叠架3与所述热端换热器1连接处、所述板叠架3与所述冷端换热器6的连接处均安装有导热的金属网12，所述金属网12是将温度输入或输出所述火灾探测报警装置的部位，所述冷端换热器6靠近所述板叠架3的一端设置有散热网13，所述冷端换热器6远离所述板叠架3的一端与所述谐振管8相连接，所述谐振管8靠近所述冷端换热器6的端部设置有压力传感器7，所述谐振管8的内部的中间位置处设置有振动膜15，所述振动膜15能够将对称设置在所述谐振管8两端的所述驱动器的声压相位耦合，进而将声压转化为更高的声音，所述谐振管8靠近所述振动膜15的外壁上设置有麦克风14和/或声感应装置，所述热管11至少有一部分贴紧在所述热端换热器1上，所述的热收集板10将火灾环境的热量收集起来，通过热管将热量传递到热端换热器。，所述的热收集板10将火灾环境的热量收集起来，通过热管11将热量传递到热端换热器1。
优选地，所述气室9为球状，球状设置能最大限度的消除干扰波。
优选地，如图4所示，所述热端换热器1内设置有热交换器内空腔17，所述热收集板10呈中空结构，所述热管11可通过绕设或焊接等能达到与所述热端换热器1紧密结合的方式贴紧在所述热端换热器1上，所述热收集板10通过所述热管11与所述热交换器内空腔17相通，且所述热收集板10、所述热管 11以及所述热交换器内空腔17内部均设有煤油，但不会因为热胀冷缩而损坏整个装置，所述热收集板10所处位置最低，热管11次之，热端换热器1位置最高，从而有利于煤油汽化扩散到所需位置换热。
优选地，所述板叠4是一个连接良好的整体但不局限于一整块材料，所述板叠4包括若干个均匀分布的导热块，所述导热块可以为由板状材料制成的若干个上下相叠加的导热板，可以为由针状材料制成的若干个左右朝向的导热针或者其它的多孔物质构成，根据有关研究可知针状材料便于形成温度梯度，效率最高，相邻两个所述导热块之间的间距为2-5倍热渗透深度，所述导热块之间的间距是指相邻导热块之间的距离，导热块为导热板时，所述距离为上下两板之间的距离，导热块为导热针时，所述距离为导热针之间的距离，导热块为其他多孔性材料时，所述距离为开孔的径向长度之间的距离，所述热渗透深度为δk：
(1)式中，α为热扩散率，w为角频率，且w＝2πf，k为气体的热导率，ρ为气体的平均密度，cp为气体的比定压热容，f为声振频率，δk一般取值为零点几毫米，本装置为1/2波长系统，本装置的工作工质为空气。
优选地，所述谐振管8的外壁的中间位置处开设有若干个沿周向均匀分布的通孔18，促进声音传递至麦克风14和/或声感应装置。
优选地，所述压力传感器7连接至信息处理设备，所述麦克风14和/或声感应装置连接至信息处理设备，所述信息处理设备连接至消防控制中心。
优选地，如图5和图6所示，该火灾探测报警装置还包括支架16，所述支架16包括对称设置的两个固定板161、若干个加强板162以及若干个固定设置在所述固定板161上的固定金属管163，所述热端换热器1和所述谐振管8均通过所述加强板162固定安装在所述固定金属管163上，所述散热网13延伸至所述固定金属管163，便于所述冷端换热器6的热量传递。
优选地，所述金属网12可以是三层导热的金属网。
优选地，所述驱动器长度不大于所述谐振管8长度的六分之一。
优选地，所述热端换热器1，由导热材料制成，如黄铜。
优选地，所述的板叠架3是绝热的硬性材料，以更好的保护内部板叠4。
优选地，所述热管11与所述热收集板10相接部分由易于吸热的材料制成，其它部分涂有防止散热的保温涂层或者包裹保温层，所述热收集板10易于吸收辐射的热量，一般放置于容易接收热量的位置，这随不同的探测报警环境而变。
优选地，所述支架16包括三根固定金属管163，这些所述固定金属管163和所述热端换热器1的接触点位置设置有绝热垫层，这些所述固定金属管163和所述谐振管8的接触点位置也设置有绝热垫层。
优选地，该火灾探测报警装置各部分连接处均安装有垫片均具有良好的气密性，且各部分空腔内壁和各部分连接处均光滑，能够避免影响热声转化过程的干扰，该火灾探测报警装置的最外层包裹有绝缘的包裹层。
所述热收集板10将环境中的热量收集，通过所述热管11传递到所述热端换热器1，所述热端换热器1将热量传递到板叠4，由于热在板叠4中传递时，板叠4中的气团由于热效应在空间上形成热波，在板叠4形成一定的温度梯度，热量与压力有合适的相位差时会产生声音，所述振动膜15能够将对称设置在所述谐振管8两端的所述驱动器的声压相位耦合，进而将声压转化为更高的声音。
使用时，设置在宾馆房间(仓库、油罐区)的一种基于热声转换的火灾探测报警装置制定方案，将所述火灾探测报警装置布置在引燃物较多的房间，设置四个热收集板10，并将其安置于房间顶棚，与之相连的热管11以及其他设备置于顶棚上的空间，其具体配置大小如下：
1、所述热端换热器1由铜构成，所述板叠架3由耐高温的塑料组成，所述板叠4为由铜制成的针棒型的板叠4，所述冷端换热器6由铜制成，其散热 网13也由铜制成，所述垫片为耐高温密封的石墨垫片，所述谐振管8由铝制成，所述热管11外部的金属为铜，所述热管11内部为煤油，所述谐振管8上设置有压力传感器7，所述压力传感器7与消防控制中心相连，所述谐振管8的内部中间位置处设置有振动膜15，所述谐振管(8)靠近所述振动膜(15)的外壁上设置有麦克风(14)。
2、对称设置的两个所述热端换热器1之间的距离为40cm，所述热端换热器1长3cm，所述板叠架3长4cm，所述冷端换热器6长3cm，所述谐振管8长8cm，所述石墨垫片厚度为2cm，由于各部分结合的原因，可能存在长度误差，当各部分连接好之后，需在该装置外部的结合缝处涂抹密封胶，以确保该装置的密闭性。
3、所述谐振管8内部的半径为3.5cm，所述谐振管8的厚度为2mm，所述热端换热器1的最薄处厚度为1mm，所述冷端换热器6的厚度为2mm，所述板叠架3的厚度为4mm。
4、这些所述的热收集板10边长为50cm，所述热收集板10分别置于房间四角方向，每两块所述热收集板10的水平距离都为1m。
5、该火灾探测报警装置外部包裹一层保温材料，所述冷端换热器6的散热网13空出，将整个装置固定在顶棚上。
以上步骤只是对温度这一影响因素进行测试举例，其中涉及具体数值并不固定，可随方案的变化而变化。
本实用新型所述的火灾探测报警装置无运动部件，工作时无需连接电源，具有结构简单、运行稳定、振动小、寿命长和成本低等优点。通过热声转换，将火灾场中的低品质热能转化为声能，一定程度上节约能源，避免错误报警情况的产生；机械结构简单，机械磨损较小，弥补当前探测报警装置容易发生故障的问题，能够长时间稳定运行；所述火灾探测报警装置的测量对象为热量，故适用于大多数应用环境，且受外界环境影响较小，具有较好的稳定性。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离 本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种基于热声转换的火灾探测报警装置，其特征在于，包括：热收集板(10)、热管(11)、谐振管(8)以及两个结构相同、对称设置在所述谐振管(8)两端的驱动器，所述驱动器包括依次设置的热端换热器(1)、板叠架(3)以及冷端换热器(6)，所述热端换热器(1)的内腔为光滑的气室(9)，所述板叠架(3)的内部设有板叠(4)，所述板叠架(3)的一端与所述热端换热器(1)相连接，所述板叠架(3)的另一端与所述冷端换热器(6)相连接，所述板叠架(3)与所述热端换热器(1)的连接处、所述板叠架(3)与所述冷端换热器(6)的连接处均安装有导热的金属网(12)，所述冷端换热器(6)靠近所述板叠架(3)的一端设置有散热网(13)，所述冷端换热器(6)远离所述板叠架(3)的一端与所述谐振管(8)相连接，所述谐振管(8)靠近所述冷端换热器(6)的端部设置有压力传感器(7)，所述谐振管(8)的内部的中间位置处设置有振动膜(15)，所述谐振管(8)靠近所述振动膜(15)的外壁上设置有麦克风(14)和/或声感应装置，所述热管(11)至少有一部分贴紧在所述热端换热器(1)上。
2.如权利要求1所述的一种基于热声转换的火灾探测报警装置，其特征在于，所述气室(9)为球状。
3.如权利要求1所述的一种基于热声转换的火灾探测报警装置，其特征在于，所述热端换热器(1)内设置有热交换器内空腔(17)，所述热收集板(10)呈中空结构，所述热管(11)绕设或焊接在所述热端换热器(1)上，所述热收集板(10)通过所述热管(11)与所述热交换器内空腔(17)相通，所述热收集板(10)、所述热管(11)以及所述热交换器内空腔(17)的内部均设有煤油。
4.如权利要求1所述的一种基于热声转换的火灾探测报警装置，其特征在于，所述板叠(4)包括若干个均匀分布的导热块，相邻两个所述导热块之间的间距为2-5倍热渗透深度。
5.如权利要求1所述的一种基于热声转换的火灾探测报警装置，其特征在于，所述谐振管(8)的外壁的中间位置处开设有若干个沿周向均匀分布的通孔(18)。
6.如权利要求1所述的一种基于热声转换的火灾探测报警装置，其特征在于，所述压力传感器(7)连接至信息处理设备，所述麦克风(14)和/或声感应装置连接至信息处理设备，所述信息处理设备连接至消防控制中心。
7.如权利要求1所述的一种基于热声转换的火灾探测报警装置，其特征在于，还包括支架(16)，所述支架(16)包括对称设置的两个固定板(161)、若干个加强板(162)以及若干个固定设置在所述固定板(161)上的固定金属管(163)，所述热端换热器(1)和所述谐振管(8)均通过所述加强板(162)固定安装在所述固定金属管(163)上，所述散热网(13)延伸至所述固定金属管(163)处。
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| CN201721364785.6U CN207624127U (zh) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | 一种基于热声转换的火灾探测报警装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2020017194A (ja) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 株式会社Ｃｓイノベーション | 警報装置 |
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2017
- 2017-10-20 CN CN201721364785.6U patent/CN207624127U/zh not_active Expired - Fee Related
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| JP2020017194A (ja) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 株式会社Ｃｓイノベーション | 警報装置 |
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