TW201306900A - 基於機械式的熱感應機構及一以一壓電裝置引燃之煙火式促動器之自驅動式滅火器 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種滅火設備，其包含界定含有一電可操作爆炸裝置之一第一室之一結構。該設備亦具有一壓電胞，該壓電胞能夠回應於對該壓電胞之衝擊而產生一電輸出。該設備亦具有：不可燃經加壓流體之一容器，其與該結構接觸；及具有一熱感測器之一機械式感應機構，其用於在一既定溫度下產生一機械力。將由該機械式感應機構所產生之該機械力施加至該壓電胞以產生促動該電可操作爆炸裝置之該電輸出。

Description

基於機械式的熱感應機構及一以一壓電裝置引燃之煙火式促動器之自驅動式滅火器

本發明係關於火災感應與抑制，且更特定而言，係關於可安裝於運載工具內之煙火促動式滅火器。

存在各種各樣之火災感應及滅火技術以及滅火器構造。此等技術及構造包含推進劑促動式滅火器及裝填有壓縮氣體及/或液化氣體之滅火器。

早期推進劑促動式滅火器揭示一種其中藉由自一煙火火藥之燃燒形成之氣體而將一液體滅火介質(諸如溴化甲烷)自其容器排出的滅火器。該火藥最初係儲存於包含電引爆器之一容器中。該火藥容器係裝設於一容器杯內之罐之一上端中。與該容器杯相對，藉由由一可破裂隔膜密封之一彎管接頭形成來自罐之一出口。煙火火藥之點燃使火藥容器之一壁破裂且將燃燒氣體排泄至罐中。該等燃燒氣體充當一氣體活塞，該氣體活塞作用於液體之表面上，從而使密封出口之隔膜破裂且將液體自滅火器推出。

用於現代運載工具中之一推進劑促動式滅火器之申請案揭示在諸多方面類似之一滅火器，但所利用之例示性抑火劑係海龍(Halon)1301。滅火器罐之下端係由一可破裂隔膜密封。一氣體產生裝置係裝設於該罐之頸部之頂部上。該例示性氣體產生組合物係62%氧化鈉及38%氧化銅。在任一例示性實例中，推進劑促動式滅火器同樣含有一煙火火藥以在一瓶中形成一氣體壓力。該煙火火藥係線連接至 運載工具火災與過熱感應系統，其將在感應到一過熱或火災條件後旋即發送一電流以啟動該火藥。

在裝填有壓縮或液化氣體之滅火器中，將一閥打開以促動該滅火器。在此等滅火器中，給一煙火式促動器供應點燃一內部煙火火藥之一電流。經點著火藥(諸如)藉由移動一撞針而轉化為機械能。該撞針推動使一轉軸轉動之一槓桿。該轉軸釋放允許一塞在閥中打開從而允許釋放滅火器之經壓縮內容之一樑。

在諸多整合式感應與抑制系統中，將電力自一感應系統供應至一煙火式促動器以起始火災抑制。此使得該系統易受電力供應器、感應系統或感應系統與火災抑制促動機構之間的互連電纜之故障之影響。雖然一充分供電之感應系統可提供最佳效能，但顯然不可接受滅火系統在一火災事件期間出現故障。

在一第一實施例中，一滅火設備包含界定含有一電可操作爆炸裝置之一第一室之一結構。該裝置亦具有一壓電胞，該壓電胞能夠回應於對該壓電胞之衝擊而產生一電輸出。該裝置亦具有：與該結構接觸之不可燃經加壓流體之一容器；及具有一熱感測器之一機械式感應機構，其用於在一既定溫度下產生一機械力。將由機械式感應機構所產生之機械力施加至壓電胞以產生促動電可操作爆炸裝置之電輸出。

在另一實施例中，一火災抑制設備包含其中含有一材料 之一壓力容器及與該壓力容器連通之一套筒。該套筒具有一容器杯，該容器杯具有帶有電導線之一煙火式促動器。一壓電電元件連接至該等電導線及基於一溫度敏感元件之一機械式感應機構，該機械式感應機構能夠在高於該溫度敏感元件之一臨限溫度之情況下產生一機械力。

在又一實施例中，一火災感應與抑制系統包含：至少一個火災感應設備、一電力供應器、一控制單元、自控制單元至一壓電產生器之至少一個電導線、其中含有一材料之一壓力容器、具有至壓電產生器之電導線之一煙火式促動器及基於一溫度敏感元件之能夠在高於一臨限溫度之情況下產生一機械力之一機械式感應機構。

將參照下文所列附圖進一步解釋本發明，其中在數個視圖中，相同結構由相同編號來指代。

雖然上文所識別之附圖陳述了本發明之個別實施例，但如論述中所述，本發明亦涵蓋其他實施例。在所有情形中，本揭示內容以代表而非限定方式呈現本發明。應理解，熟習此項技術者可構想出眾多其他修改及實施例，其仍屬於本發明之原理之精神及範疇內。

可採用基於一溫度敏感元件之一機械式感應機構以在高於一臨限溫度之情況下產生一機械力。然後可將所產生機械力施加至一壓電元件以產生一電脈衝以便引燃一煙火式促動器。該壓電元件可係施加電力以引燃一現有煙火式促動器之一壓電產生器或用於直接點燃一煙火式促動器內之 一煙火式組合物之一壓電元件。該裝置之目的係提供適於與一電操作之感應系統或一非供電機械操作之感應系統一起使用之一單個促動元件。此一裝置將與現有系統設計兼容，從而允許同一煙火式促動器用於供電操作模式及非供電操作模式兩者。

在圖1至圖5中之例示性實施例中圖解說明基於溫度敏感元件之機械式感應機構。參考圖1，展示一火災感應與抑制系統10。該系統包含滅火器12、控制單元14、電力供應器16、初級火災感應器18及佈線導線20。初級火災感應器18可包含一或多個煙霧感應器、過熱感應器、光學火焰感應器或此項技術內已知之類似裝置。類似地，佈線導線20係此項技術中亦已知之電線或電纜。控制單元14將接收來自火災感應器18之信號並發送一信號以提供用於啟動促動機構28之電流。該電流來自電力供應器16，電力供應器16可係一發電機、電池或此項技術內已知之類似電源。

如圖1及圖2中所圖解說明，滅火器12包含容器22、分配系統24、閥總成26、促動機構28及溫度啟動式力機構30。在圖1之實施例中，溫度啟動式力機構30位於遠離容器22、分配系統24、閥總成26及促動機構28處。在圖2之實施例中，溫度啟動式力機構30毗鄰閥總成26且在一項實施例中可係與閥總成26、促動機構28及/或容器22直接接觸。

容器22係一壓力罐，通常稱為一瓶。容器22係由一金屬合金或可耐高壓之類似高強度鋼性材料構造而成。容器22 裝納可係一流體或顆粒物質之一滅火材料，諸如一耐火劑或抑火劑。至少當瓶係處於一排放條件時，一氣體源對滅火材料加壓，且當滅火器12係處於排放條件時，透過一出口排放該滅火材料。閥總成26連接容器22與分配系統24。雖然其他系統為熟習此項技術者所已知，但如所圖解說明，分配系統24係將通向用於將滅火材料散佈在欲保護之一選定區上方之一或多個噴嘴的一管道或管。

閥總成26係連接至促動機構28。在一項實施例中，滅火器12裝填有壓縮或液化氣體，且打開閥總成26以促動該滅火器。在此等滅火器中，給一煙火式促動器供應點燃一內部煙火火藥之一電流。經點著火藥(諸如)藉由線性移動一撞針而轉化為機械能。該撞針推動轉動一轉軸之一槓桿。該轉軸釋放允許一塞在閥中打開從而允許釋放滅火器之壓縮內容之一樑。

在另一實施例中，閥總成26具有一閥元件，該閥元件具有密封分配系統24之一出口之一關閉位置及准許穿過該出口排放抑制劑之一打開位置。在一項實施例中，閥總成含有一閥元件，該閥元件可回應於瓶內之一壓力超過一排放臨限壓力而自關閉位置移位至打開位置，據此滅火器12進入排放條件且透過出口排放滅火材料。

在各種實施方案中，閥總成26之閥元件可包括具有一頭部及連接至該頭部之一連桿之一提動閥。該頭部可具有面向容器22之內部之一前表面及連桿自其沿一提動閥軸延伸之一相對後面。閥總成26可具有一鎖定元件，鎖定元件26 在排放前條件下具有嚙合至該提動閥之一第一部分及相對於容器22固持之一第二部分。在排放前條件下，鎖定元件將保持提動閥於關閉位置中之力傳輸至提動閥，且回應於容器22內之壓力超過排放臨限壓力，鎖定元件破裂，據此在容器22內之壓力驅動提動閥至打開位置且滅火器12進入排放條件。一閥回位彈簧可朝向關閉位置偏壓提動閥。當滅火材料實質上已自滅火器12排放時，該回位彈簧有效地使提動閥自打開位置回位至關閉位置。在另一實施例中，煙火式促動器施加力以釋放一鎖定元件，此時容器22內之壓力驅動提動閥至打開位置且滅火器12進入排放條件。

閥元件可包括具有面向容器22之內部之一前面及一相對後面之一頭部以及該頭部與一閥主體之間的一摺疊式軸。在排放前條件下，當容器22內之壓力低於排放壓力時，該軸之軸向壓縮可有效地抵抗該頭部之向後移動且保持該頭部於關閉位置中。回應於瓶內之壓力超過排放臨限壓力，該軸可經由皺曲而摺疊，據此容器22內之壓力驅動該頭部至打開位置且滅火器12進入排放條件。形成容器22內之壓力之氣體源可包括一化學推進劑火藥。該化學推進劑火藥可具有小於約825℃之一燃燒溫度。該化學推進劑火藥可具有基本上由氮氣、二氧化碳、水蒸氣及其混合物組成之氣態燃燒產物。該化學推進劑火藥可基本上由5-胺基四唑、硝酸鍶及碳酸鎂之一混合物組成。

氣體源可包括含有一化學推進劑火藥之一可替換套筒。此項技術內已知之一套筒固持器總成可固持該套筒且可具 有裝設在容器22之一上端處之一孔口內之一第一端及當滅火器12係處於排放前條件時浸沒於抑制劑內之一第二端。一封閉物可封閉該第一端，且可替換引爆器可裝設於該封閉物內。排放臨限壓力可係介於約2 Mpa與約10 Mpa之間。滅火材料可選自由PFC、HFC、水及水溶液組成之群組。在此實施例中，促動機構28包含由一煙火火藥驅動之一針。該針將刺穿具有推進劑之套筒以開始自容器22排放滅火材料。

在一項實施例中，當滅火器12係處於一排放前條件時，滅火材料係由容器22含有。一可替換套筒含有由促動機構28啟動之一化學推進劑火藥。促動機構28係用於套筒中之一氣體產生器之一煙火火藥。當經啟動時，該氣體產生器釋放係被朝向一第一位置彈簧偏壓之一提動閥，在該第一位置中該提動閥封鎖套筒與抑制劑之間的一路徑。在推進劑於氣體產生器中燃燒之後，該提動閥旋即在由燃燒氣體所施加之壓力下移位至一第二位置，在該第二位置中對此路徑解除封鎖且該等燃燒氣體可與容器22中之滅火材料連通且對其加壓。

在另一實施例中，當滅火器係處於一排放前條件時，滅火材料係由容器22含有。閥總成26中之一套筒含有一化學推進劑火藥。促動機構28係毗鄰閥總成26裝設且點燃推進劑。促動機構28係具有以下各項之一煙火裝置：一主體、具有一底火火藥之一可替換激發火帽底火、一撞針、一彈簧及一螺線管。該螺線管具有一固定線圈及一柱塞，該柱 塞藉由一扣機耦合至撞針且藉由給線圈供電可自一第一位置至少移位至一第二位置。此一移位將撞針拉離底火直至柱塞到達第二位置為止，據此扣機之釋放允許撞針由彈簧驅動以衝擊底火且致使點燃底火火藥，此又致使點燃化學推進劑火藥，以便對抑制劑加壓且自滅火器12釋放滅火材料。螺線管係由來自佈線導線20之電流驅動。在缺少驅動螺線管之足夠電流之情況下，點燃底火火藥，從而形成將驅動該撞針之一小規模爆炸。

促動機構28除經由佈線導線20連接至電力供應器16之外，其亦連接至溫度啟動式力機構30。溫度啟動式力機構30包含一溫度感測設備34、壓電產生器32及佈線導線36。再次，佈線導線36係此項技術中亦已知之電線或電纜。在一替代實施例中，若感應機構係本文中進一步所闡述之一次級機械式感應系統，而不係初級火災感應器18，系統可不必需要控制單元14、單獨電力供應器16及佈線20。

壓電產生器32係此項技術內已知之一壓電裝置。舉例而言，典型的壓電堆疊產生器係由壓電系統公司製造。關於壓電產生器之使用之一技術擔憂係壓電裝置容易在接近壓電材料之Curie溫度之溫度下出現故障。PZT具有350℃之一典型Curie溫度且應能夠在高達至少250℃之一溫度下發揮作用。亦存在能夠承受超過700℃之溫度之較高溫度材料，諸如經改良鈦酸鉍。

如先前所陳述，促動機構28可係一煙火式促動器。火災抑制系統中所使用之通用煙火式促動器(舉例而言， Metron^TM促動器)需要在6 mJ至16 mJ之間的一引燃脈衝。該等Metron^TM促動器含有經點著以形成驅迫出一撞針之一小規模爆炸的一火藥。該撞針促動一槓桿、齒輪或用於將一閥可操作地自一關閉位置移動至一打開位置之類似機械元件。自薄壓電層之堆疊建造之市售壓電產生器可經設計以產生一高電流、低電壓輸出且能夠針對1 kN至2 kN之一施加力遞送10 mJ至20 mJ之電力。因此，此等裝置不止能夠供應充分能量來直接引燃一Metron^TM。

通常，壓電堆疊產生器係大約為20x5x5 mm且與自一簡單溫度敏感之彈簧負載或流體壓力驅動之感應機構之一力之施加兼容。為產生充分量值之一脈衝，將有必要在一短暫期間內以一短暫強烈衝擊之形式自感應元件施加力。

在圖3至圖5中圖解說明包含溫度感測設備34及壓電產生器32之溫度啟動式力機構30之數個實施例。在某些實施例中，溫度感測裝置可具有在80℃與250℃或更高溫度之間或其任何子集(包含在100℃至125℃之間的一例示性範圍)的一啟動溫度，且所有組件係按該實施例之特定應用所需要而設計。

在圖3中，溫度感測裝置34包含外殼40、感測元件42、促動針44及彈簧46。外殼40包含由一金屬合金及類似剛性且耐火材料所構造之基部47及側壁48及側壁49。該材料亦應允許透過外殼40之壁48及壁49之熱傳遞。促動針44係由與外殼40類似之一材料形成。撞針之底部係與彈簧46相接觸，而中心軸由感測元件42所環繞。彈簧46係圖解說明為 在外殼40之基部47與促動針44之底部之間的處於壓縮中之一金屬盤簧。在其他實施例中，彈簧係能夠在促動針44之末端上提供一力之任何有彈性或回彈結構。

感測元件42係一溫度相依之材料，諸如共晶焊料或固化鹽溶液。在固體狀態下，溫度相依之材料固持促動針於適當位置處，從而在彈簧46上形成一壓縮力。在達到一設定臨限溫度後，焊料或固化共晶鹽溶液將旋即熔化且變成流體。此將允許彈簧46上之所儲存壓縮力釋放且朝向壓電產生器32驅動針44。壓電產生器上之該力將形成一電流，該電流係經由佈線導線36發送至促動機構28以點燃其中之煙火火藥，從而透過一閥之打開或透過自充當如先前所闡述之一氣體產生器之煙火火藥形成壓力來自滅火器12排放滅火材料。為製作溫度感測設備34，將促動針44放置於外殼40之壁48與壁49之間距底端一預設定距離處。將液體感測元件42灌注於外殼40中且允許設定液體感測元件42。將彈簧46放置於促動針44之底部處且然後將基部47放置在適當位置，從而在彈簧46上形成壓縮力。

圖4圖解說明溫度感測設備34之一第二實施例，其包含外殼50、感測元件52、促動針54及隔膜56。感測元件52係一膨脹性材料。驅動促動針54之力係由膨脹性材料所供應。外殼50係由一金屬合金所構造，且用以在所有側上圍封感測元件52，同時允許沿針54之軸58之方向線性運動。膨脹性材料推動由隔膜56克服膨脹性材料之作用固持在適當位置之促動針54之底部57。當將膨脹性材料加熱至高於 一臨限溫度時，促動針54使隔膜56破裂且促動針54之軸58施加力至壓電產生器32，壓電產生器32形成經由佈線導線36發送至促動機構28之一電流。一適合膨脹性材料之一實例係一恒溫臘。

圖5圖解說明溫度感測設備34之一第三實施例，其包含外殼60、感測元件62、隔膜64及針66。溫度感測設備34之非供電線性熱感應器藉由一薄感測管內所含有之一液體之壓力之增加而產生力。在所展示之特定實例中，感測元件62係流體壓力且施加力至由隔膜64克服流體壓力之作用而固持在適當位置之針66之底部67。當由於溫度之一增加使液體之壓力超過一臨限值時，針66之軸68使隔膜64破裂且被驅迫出來以施加力至壓電產生器32。

壓電堆疊係相對高成本元件(舉例而言，以小體積算約$100)，且因此，較佳地，將使用諸如壓電點火器中常用之單晶體之一較低成本(舉例而言，<$5)單晶體。使用一壓電堆疊引燃一現有煙火式促動器係直接使用由一壓電點火器所產生之火花起始促動機構28中之煙火火藥之燃燒。在一項實施例中，此需要使用能夠由一單獨電火花引燃之一煙火式促動器。

由一壓電點火器所產生之火花更適於一可燃氣體之點燃而非一固體煙火火藥；然而，在一小型促動器中，需要一固體火藥來產生充分力以驅動該促動器。在一項實施例中，在一煙火式促動器中，使用一壓電點火器點燃一可燃氣體，該可燃氣體又點燃一煙火火藥。在另一實施例中， 其中火花電極裝納於一自由空間中之裝置係藉由一薄紗與煙火火藥分離。該自由空間將填充有可由一壓電點火器點燃以引燃煙火火藥之一可燃氣體。

針對火災感應與抑制系統之所揭示實施例之益處係該系統提供一方法，該方法用於在不需要更改現有滅火器設計之設計之情形下將在系統故障情況下仍操作之一次級緊急釋放機構合併在一電操作之系統中。此外，現在提供用於與現有電操作之滅火器一起使用之一非供電、自給自足的感應機構之一方法。因此，在所揭示之實施例之情形下，該系統允許一單個煙火式促動元件與一電操作之感應系統或一非供電機械操作之感應系統一起使用，從而達成部件在不同裝置之間的通用性。在所揭示實施例之情形下，不需要擔心電力故障、來自控制單元及感應裝置之電感應錯誤或在一火災事件期間之電線故障，此乃因機械式溫度感測設備34將充當一備份及冗餘系統。

儘管已參照較佳實施例闡述了本發明，然而熟習此項技術者將認識到，可在形式及細節上做出改變，而此並不背離本發明之精神及範疇。

10‧‧‧火災感應與抑制系統

12‧‧‧滅火器

14‧‧‧控制單元

16‧‧‧電力供應器

18‧‧‧初級火災感應器/火災感應器

20‧‧‧佈線導線/佈線

22‧‧‧容器

24‧‧‧分配系統

26‧‧‧閥總成

28‧‧‧促動機構

30‧‧‧溫度啟動式力機構

32‧‧‧壓電產生器

34‧‧‧溫度感測裝置

36‧‧‧佈線導線

40‧‧‧外殼

42‧‧‧感測元件/液體感測元件

44‧‧‧促動針/針

46‧‧‧彈簧

47‧‧‧基部

48‧‧‧側壁/壁

49‧‧‧側壁/壁

50‧‧‧外殼

52‧‧‧感測元件

54‧‧‧促動針/針

56‧‧‧隔膜

57‧‧‧底部

58‧‧‧軸

60‧‧‧外殼

62‧‧‧感測元件

64‧‧‧隔膜

66‧‧‧針

67‧‧‧底部

68‧‧‧軸

圖1係展示一整合式感應與抑制系統之一組合示意及正視圖。

圖2係一抑制系統之一正視圖。

圖3係用於一抑制系統之一溫度敏感機構之一剖面。

圖4係用於一抑制系統之一溫度敏感機構之另一實施例 之一剖面。

圖5係用於一抑制系統之一溫度敏感機構之又一實施例之一剖面。

10‧‧‧火災感應與抑制系統

12‧‧‧滅火器

14‧‧‧控制單元

16‧‧‧電力供應器

18‧‧‧初級火災感應器/火災感應器

20‧‧‧佈線導線/佈線

22‧‧‧容器

24‧‧‧分配系統

26‧‧‧閥總成

28‧‧‧促動機構

30‧‧‧溫度啟動式力機構

32‧‧‧壓電產生器

34‧‧‧溫度感測裝置

36‧‧‧佈線導線

Claims (20)

1. 一種滅火設備，其包括：一結構，其界定含有一電可操作爆炸裝置之一第一室；一壓電胞，其經定位而能夠回應於對該壓電胞之衝擊而產生一電輸出；不可燃經加壓流體之一容器，其與該結構接觸；及具有一熱感測器之一機械式感應機構，其用於在一既定溫度下產生一機械力；其中由該機械式感應機構所產生之該機械力係施加至該壓電胞以產生促動該電可操作爆炸裝置之該電輸出。
2. 如請求項1之滅火設備，其中該熱感測器包括一共晶焊料。
3. 如請求項2之滅火設備，其中該機械式感應機構包括一彈簧及一促動針。
4. 如請求項1之滅火設備，其中該熱感測器包括一膨脹性材料。
5. 如請求項4之滅火設備，其中該機械式感應機構包括一隔膜及一促動針。
6. 如請求項1之滅火設備，其中該機械式感應機構包括：一外殼、一感測流體、一隔膜及一促動針。
7. 如請求項1之滅火設備，其中該熱感測器具有介於80攝氏度與250攝氏度之間的一啟動溫度。
8. 一種火災抑制設備，其包括： 一壓力容器，其中含有一材料；一套筒，其與該壓力容器連通，該套筒包括：一容器杯，其具有帶有電導線之一煙火式促動器；一壓電電元件，其連接至該等電導線；及基於一溫度敏感元件之一機械式感應機構，其能夠在高於該溫度敏感元件之一臨限溫度之情況下產生一機械力。
9. 如請求項8之火災抑制設備，其中該溫度敏感元件包括一共晶焊料。
10. 如請求項9之火災抑制設備，其中該機械式感應機構包括一彈簧及一促動針。
11. 如請求項8之火災抑制設備，其中該溫度敏感元件包括一膨脹性材料。
12. 如請求項11之火災抑制設備，其中該機械式感應機構包括一隔膜及一促動針。
13. 如請求項8之火災抑制設備，其中該機械式感應機構包括：一外殼、一隔膜及一促動針；且其中該溫度敏感元件包括一感測流體。
14. 一種火災感應與抑制系統，其包括：至少一個火災感應設備；一電力供應器；一控制單元；至少一個電導線，其自該控制單元至一壓電產生器；一壓力容器，其中含有一材料； 一煙火式促動器，其具有至該壓電產生器之電導線；及基於一溫度敏感元件之一機械式感應機構，其能夠在高於一臨限溫度之情況下產生一機械力。
15. 如請求項14之火災感應與抑制系統，其中該溫度敏感元件具有介於80攝氏度與250攝氏度之間的一啟動溫度。
16. 如請求項14之火災感應與抑制系統，其中該壓力容器中之該材料係一抑火劑或耐火劑。
17. 如請求項14之火災感應與抑制系統，其中該壓電產生器施加電力至該煙火式促動器。
18. 如請求項14之火災感應與抑制系統，其中該機械式感應機構包括：一外殼、一隔膜及一促動針；且其中該溫度敏感元件包括一感測流體。
19. 如請求項14之火災感應與抑制系統，其中該溫度敏感元件包括一膨脹性材料或一共晶焊料。
20. 如請求項14之火災感應與抑制系統，其中該機械式感應機構包括一彈簧及一促動針。