WO2017026922A1 - Система для сигнализации о предпожарной ситуации - Google Patents

Система для сигнализации о предпожарной ситуации Download PDF

Info

Publication number
WO2017026922A1
WO2017026922A1 PCT/RU2016/000531 RU2016000531W WO2017026922A1 WO 2017026922 A1 WO2017026922 A1 WO 2017026922A1 RU 2016000531 W RU2016000531 W RU 2016000531W WO 2017026922 A1 WO2017026922 A1 WO 2017026922A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polymer
signaling
fire
situations according
fire situations
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000531
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Валерьевич ЛЕСИВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные химические технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные химические технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные химические технологии"
Priority to KR1020187007035A priority Critical patent/KR102104730B1/ko
Priority to EA201890487A priority patent/EA035571B1/ru
Priority to CN201680058862.7A priority patent/CN108140290B/zh
Priority to JP2018527715A priority patent/JP6842192B2/ja
Priority to EP16835532.9A priority patent/EP3336816A4/en
Priority to CA3033517A priority patent/CA3033517A1/en
Publication of WO2017026922A1 publication Critical patent/WO2017026922A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/06—Electric actuation of the alarm, e.g. using a thermally-operated switch
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/04—Hydraulic or pneumatic actuation of the alarm, e.g. by change of fluid pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F20/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride, ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F20/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms, Derivatives thereof
    • C08F20/52—Amides or imides
    • C08F20/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F20/56—Acrylamide; Methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/02—Halogenated hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/36—Sulfur-, selenium-, or tellurium-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/10—Encapsulated ingredients
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/12—Adsorbed ingredients, e.g. ingredients on carriers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L29/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L29/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • C08L29/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C08L33/26—Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/02—Polyureas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L75/04—Polyurethanes

Definitions

  • the present invention relates to means for monitoring pre-fire situations resulting from local overheating of electrical equipment and can be used to prevent fires resulting from malfunctions of electrical wiring.
  • the hydrogen concentration is 0.001-0.002%.
  • the threshold for detecting a fire early warning system in atmospheric air under normal conditions should be at the level of 0.002% for most gases, including hydrogen and carbon monoxide. In this case, it is desirable that the performance the system was no worse than 10 s. This conclusion can be considered as fundamental for the development of a number of warning gas fire alarms [1].
  • the disadvantages of this method include its low reliability, a greater likelihood of false alarms, as well as insufficiently early detection of fires, which is due to the generation of a control signal without taking into account the rate of increase in concentration and the assessment of a fire hazard situation by the concentrations of an insufficient number of monitored gas components.
  • a known method and device for detecting pre-fire situations, based on infrared spectroscopy contains an optically coupled radiation source and receiver connected to the first amplifier, and a processing circuit that contains two radiation receivers, the second and third amplifiers, which together with the first amplifier are connected to the analog-to-digital converter through the corresponding blocks of permissible concentrations of fire hazardous components, the output of which connected via a microprocessor and a digital-to-analog converter to the alarm unit, while the second output of the microprocessor is connected to a monitor. It is intended for the detection of thermal decomposition products of various organic materials formed under the influence of an abnormal heat source, which can occur, in particular, as a result of sparking or short circuit in electrical switching equipment
  • a disadvantage of the known technical solution is that it reacts to the appearance of gases and smoke accompanying the already started fire, i.e. gives a signal directly at the moment of beginning of a fire or after it.
  • a known method for diagnosing a pre-fire situation and preventing the occurrence of a fire including measuring with the help of a sensor node informative parameters: concentrations of gaseous products of thermal decomposition in air, namely CO, CO 2 , NO x HC1, oxidizing agents, smoke, as well as temperature, measuring the delay time of a signal from each of the sensors using a fire simulator, determining the values of the derivative dependencies of the time variation of the informative parameters measured by each sensor, generating a control with fire alarm and the possible activation of the fire extinguishing means and turning off the power as a result of the fire hazard analysis TM based on at least two informative parameters measured using at least two sensors, characterized in that the concentrations of ⁇ 2 , ⁇ are also measured as informative parameters 4 , NH 3 , Og, C, H 2 S, SO 2 , NSON, C b NgON, reducing agents, in the time interval of 0.1-60 s, at least one derivative value is determined for each dependence of the informative parameters
  • a known device for monitoring the parameters of the gas environment containing gas sensors, an analog measuring part, a microprocessor module for controlling the operating modes of the sensors, primary processing of measurement data and their storage, as well as the power supply circuit of the sensor and the device as a whole, characterized in that the electronic circuit of the device a hardware-software interface for transmitting data and commands over wireless networks is integrated, and the algorithm for measuring and transmitting data is optimized for the purpose of autonomous operation CTBA without replacing the battery during calibration interval.
  • the device can be used as a pre-fire detector for monitoring the chemical composition of air, in particular, for determining the content of CO and H 2 [5].
  • a disadvantage of the known device is the possibility of false positives when detecting pre-fire situations, as well as low reliability during operation due to the high sensitivity to interference.
  • patent document [6] discloses a device for early detection of overheating in hard-to-reach places of electrical and mechanical equipment, which is based on the use of an odorant 1 sealed in a hot melt composition, installed near the heat-generating part of device 2, for which superheat control is carried out.
  • the odor sensor 3 is installed downstream of this odorant (see Fig. 1).
  • an odorant 1, microcapsules of a hot-melt composition containing flavorings. Flavorants mixed with wax or other fatty acids may also be used.
  • This device is considered by the inventors as the closest analogue of the prior art (prototype).
  • a disadvantage of the solution known from [6] is the use of hot-melt polymers.
  • a heat-generating part When a heat-generating part is heated above the softening or melting temperature of the hot-melt polymer, it may peel off or drip onto parts of the electrical equipment, for example, to insulate the wiring, a violation of which can lead to a short circuit.
  • the description of the patent document [6] indicates that the selection of the odorant from the proposed polymer compositions occurs due to melting of the material. This circumstance may be accompanied by unfavorable consequences for the electrician, such as foaming and spraying of the polymer mass with the released gas. Hot foam, droplets of polymer, or polymer melt falling from a sticker onto adjacent contacts, electrical equipment, fans, or sensors can cause malfunctions or even ignition.
  • the aim of the invention is to increase the likelihood of detecting a pre-fire situation at an early stage and minimizing the number of false positives.
  • the pre-fire alarm system consists of a gas sensor connected to a recorder that is connected to a signal supply system and applied to sections of the electrical circuit of a polymer composite material, which are prone to heating, having an opening temperature in the range of 80-200 ° C and containing a continuous phase, which is formed by a thermosetting polymer, and a boiling substance enclosed within the continuous phase, which is easily detected by the aforementioned gas sensor.
  • Fig. 1 shows a known device for the early detection of overheating in hard-to-reach places of electrical and mechanical equipment (according to patent document [6]).
  • Fig. 2 shows the results of thermogravimetric analysis microencapsulated composite material according to the invention obtained according to Example 1.
  • FIG. 3 schematically shows a General view of the alarm device.
  • Fig. 4 shows a General view of a product made of composite material mounted on live parts.
  • Fig. Figure 5 shows the time dependences of the gas concentration (green curve) and the temperature of the heating plate (red curve) in the event of a system triggering upon instantaneous heating of a composite polymer material in a large-volume cabinet.
  • Fig. Figure 6 shows the time dependences of the gas concentration (green curve) and the temperature of the heating plate (red curve) in the event of a system triggering when the composite polymer material is smoothly heated in a large-volume cabinet.
  • FIG. Figure 7 shows the time dependences of the gas concentration (blue curve) and the temperature of the heating plate (red curve) in the case of a system triggering upon instantaneous heating of a composite polymer material in an open small-volume cabinet.
  • FIG. Figure 8 shows the time dependences of the gas concentration (blue curve) and the temperature of the heating plate (red curve) in case of repeated operation of the system.
  • the inventive system is intended for the early detection of pre-fire situations when the heating of wires or electrical contacts exceeds the permissible operating parameters (> 100 ° C), but does not yet reach the level at which thermal decomposition of materials capable of fire occurs (> 250 ° C).
  • thermosetting polymers As thermally activated (in this case, under Thermoactivity is understood as the property of explosive opening of a material when heated to a certain temperature) of polymer composite materials
  • the following materials containing thermosetting polymers can be used: microencapsulated materials or porous materials with closed pores containing fillers.
  • Low boiling substances contained within the polymer composite material may include, but are not limited to, halogenated hydrocarbons, for example 1, 1,1,3,3-pentafluorobutane (HFC 365), 1, 1, 1, 2, 2,4, 5, 5 , 5-nonafluoro-4- (trifluoromethyl) pentan-3-one (Novec 1230).
  • HFC 365 1, 1,1,3,3-pentafluorobutane
  • Novec 1230 1,5-nonafluoro-4- (trifluoromethyl) pentan-3-one
  • fluorine-containing halogenated hydrocarbons over the odorants or flavorings used in the patent document [6] is that they do not have a pronounced smell, easily perceived by humans, and are low-toxic compounds. This circumstance allows us to use the proposed system near a crowd of people, for example, at transport facilities and even in rooms where people can constantly be. Isolation of 1,1,1,3,3-pentafluorobutane (HFC 365), 1,1,1,2,2,4,5,5,5-nonafluoro-4- (trifluoromethyl) pentan-Z-one (Novec 1230 ) instead of odorants, it will not lead to panic and will not affect the excess of the MPC inside the protected object.
  • HFC 365 1,1,1,2,2,4,5,5,5-nonafluoro-4- (trifluoromethyl) pentan-Z-one
  • fluorine-containing hydrogen halides are a class of substances that can be selectively detected by an ultra-low concentration sensor (less than 0.001 ppm)
  • odorants such as lower mercaptans, dialkyl sulfides, dialkyl disulfides or their solutions can also be used as boiling substances.
  • odorants such as lower mercaptans, dialkyl sulfides, dialkyl disulfides or their solutions can also be used as boiling substances.
  • the advantage of this solution is that in this case, the exact location of overheating is possible by means of human smell.
  • Odorant may be methyl mercaptan, ethyl mercaptan, n- propyl mercaptan, izopropilmerkaptan, n-butyl mercaptan, sec- butyl mercaptan, izobutilmerkaptan, tert-butyl mercaptan, amilmerkaptan, izoamilmerkaptan, silmerkaptan, dimethyl, diethyl, diallyl disulfide, allilmetilsulfid, methylethyl sulfide, diizopropilsulfid, dimethyl disulfide, diethyl disulfide, dipropyl disulfide, diisopropyl disulfide.
  • the boiling substance contained within the polymer composite material is an odorant mixed with solvents.
  • solvents allows one to achieve lower temperatures and narrower temperature ranges for opening the composite material while maintaining its mechanical characteristics.
  • Solvents for odorant include, but are not limited to, hydrofluorocarbons, hydrofluorocarbons, fluorocarbons, chlorocarbons, chlorofluorocarbons, alkanes, ethers, or mixtures thereof.
  • the polymer composite material is a microcapsule with a core of a boiling substance enclosed in a binder.
  • Microcapsules have a two-layer polymer shell, the inner layer of which consists of gelatin or its derivative, and the outer reinforcing layer is of crosslinked polymers, urea resins, resorcinol resins, melamine resins, phenolic resins or polyvinyl acetate resins.
  • Outer diameter microcapsules is 1-5000 microns, the average thickness of the polymer shell is 0.01-1 microns.
  • the polymer binder may be an acrylic resin and / or epoxy resin and / or polyamide and / or polyvinyl acetate and / or polyester and / or polyurea and / or polyvinyl alcohol and / or polyurethane.
  • the polymer composite material is a polymer gel formed by crosslinked polymer particles swollen in a solution of a low boiling substance, placed in a thermosetting polymer matrix.
  • the crosslinked polymer is polyacrylamide, crosslinked with ⁇ , ⁇ '-methylenebisacrylamide, polyvinyl alcohol crosslinked with epichlorohydrin or polyvinyl alcohol crosslinked with glutaraldehyde.
  • the average particle size of the crosslinked polymer is 50-500 microns.
  • the polymer matrix is polyorganosiloxanes, polyvinyl acetate, epoxies.
  • the polymer composite material is silica gel or zeolite particles with an odorant adsorbed onto them, placed in a thermosetting polymer matrix.
  • the average particle size is preferably 10-2000 microns.
  • the polymer matrix included in the composition of the composite material includes, but is not limited to this list, polyurethane, polyurea.
  • the polymer composite material is a porous polymer particles with closed pores or channels filled with an odorant or odorant solution, placed in a thermosetting polymer matrix.
  • the average particle size is preferably 200-5000 microns.
  • the average pore diameter is preferably 10-100 microns.
  • Crosslinked polystyrene, polyorganosiloxanes, polyurethane, polyurea are offered as a porous polymer.
  • the polymer matrix, which is part of the composite material includes, but is not limited to this list, polyvinyl acetate, epoxy resins.
  • thermosetting (in particular, crosslinked) polymers avoids the disadvantages of the hot-melt polymer compositions mentioned in the document [6], such as foaming of the material during gas evolution, draining of the material onto electrical equipment at high temperatures, slow gas evolution.
  • thermoset cross-linked polymers When using thermoset cross-linked polymers, the opening of pores occurs due to the rupture of the material by an overheated liquefied gas, which is under high overpressure. This leads to an “explosive” evolution of gas from the material, due to which a simultaneous achievement of a high concentration of signal gas and the fastest response of the system are achieved.
  • the high output rate of the signal substance favorably distinguishes the use of crosslinked thermosetting polymers from the hot-melt materials specified in the patent document [6].
  • the odorant exit rate is limited by its diffusion rate through the polymer, as well as by other processes that may accompany the melting of the material, for example, foaming.
  • thermosetting polymers does not occur in a narrow temperature range corresponding to the polymer melting (transition to a viscous flowing state), but in a wide one.
  • the opening (explosive destruction) of the shell occurs when the gas inside the pressure pore reaches the corresponding shell strength. Since, due to the peculiarities of the synthesis of such polymers, the pores differ from each other both in size and in shell thickness, their opening occurs at different pressures and, accordingly, temperatures.
  • the temperature range in which the thermoset explosive opening occurs composite material is 103-163 ° C, as illustrated by the thermogravimetric curve shown in Fig. 2.
  • the system can operate repeatedly.
  • the proposed polymer composite material is heated to the opening temperature in a predetermined opening temperature range, then cooled to a temperature lower than the specified opening temperature range, for example, to a temperature corresponding to the acceptable operating parameters of the equipment, and then heated again to the opening temperature in the specified temperature range, which is higher than the previous temperature, then when re-heated, there will also be sufficient to form Igna overheat gas evolution and operation of the system (see. Example 5).
  • Fig. Figure 3 schematically shows a general view of the alarm device
  • Fig. 4 shows a General view of a product made of composite material mounted on live parts.
  • the pre-fire alarm device shown in Fig. 3 consists of a plate 9 made of a cross-linked polymer composite material containing a low-boiling substance inside the cavities 18, a gas sensor 10 connected through a recorder 11 to the signal supply system 12.
  • the plate 9 is glued to the base 14, which has an adhesive layer 15 on the back side by means of which the plate 9 is fixed on the current-carrying part 13.
  • the adhesive layer 15 Prior to installation on the electrical installation product, the adhesive layer 15 is closed by an easily detachable protective film 17. When heated above a certain temperature the plate 9 emits gas 16 detected by the gas sensor 10.
  • Fig. 4 shows a plate 9 made of a cross-linked polymer composite material containing a low-boiling substance inside the cavities 18. Prior to installation on an electrical installation product, the adhesive layer 15 is closed with an easily removable protective film 17.
  • the use of the described polymeric materials makes it possible to obtain hermetic shells that allow storing the low-boiling substance enclosed in them for a long time without significant losses.
  • the pressure of the filler a low-boiling substance inside the continuous phase of the polymer — increases, which leads to rupture of the composite material and the release of gaseous products detected by the sensor into the atmosphere.
  • Changing the composition of the filler and the polymer matrix allows you to vary the opening temperature of the material.
  • the proposed system allows to detect potentially fire hazardous situations long before the appearance of smoke or open flame.
  • the present invention allows to detect pre-fire situations much earlier than existing analogues.
  • the proposed system is designed for multiple operations, since only a small fraction contained in the composite material of boiling material is sufficient to detect overheating, so that after cooling the composite material below temperatures in the opening temperature range, there will be enough boiling substance in it for repeated operations in case of repeated heating before temperatures in the range of temperature of opening. Due to the direct contact of the polymer composite material with the heating section of the electric circuit, a high system response speed is ensured.
  • Freon 365 was washed with sodium thiosulfate solution, dried with phosphorus pentoxide and distilled. 720 g of polyisocyanate was mixed with 9 kg of freon and vigorously mixed 2 times for 2 minutes with a frequency of 10 minutes. The resulting mixture was left to stand for 30 minutes and filtered through cotton. The filtrate was placed in the apparatus, 10 l of a 1% solution of polyvinyl alcohol in water was added. The resulting mixture was stirred until a stable emulsion was obtained, and then a 1% solution of polyethylene polyamine in 10 l of water was added to it for 3 hours. Stirred for 7 days at room temperature.
  • microcapsules were washed with water 5 times until neutral, mixed with PVA in a ratio of 1: 1 and applied in a thin layer on a silicone substrate. After the first drying, another layer of PVA capsules was applied and so on until a sheet with a thickness of 1.25 mm was obtained.
  • Test procedure A product made in accordance with Example 1 of a polymer composite material weighing 1.5 g and a thickness of 1.25 mm was glued to a heating plate under normal conditions.
  • the plate was placed in the center of the cabinet with a volume of 1 m 3 (cabinet height was 2.0 m, width ⁇ 1.0 m, and depth ⁇ 0.5 m).
  • the temperature of the plate gradually increased to 135 ° C, which was controlled by a thermocouple fixed between the composite material and the heating plate.
  • the concentration of the signal gas released by the composite polymer material was recorded with a SP-42A-00 semiconductor gas sensor (manufactured by FIS Inc.) located at a distance of 1 cm from the geometric center of the upper edge of the cabinet.
  • Fig. Figure 6 shows the time dependences of the gas concentration (green curve) and the temperature of the heating plate (red curve).
  • Test procedure An article made in accordance with Example 1 of a polymer composite material weighing 0.5 g with a thickness of 1.25 mm was glued to a heating plate, the temperature of which was maintained in the range from 130 to 135 ° C.
  • the plate was placed at a distance of 1 cm from the geometric center of the lower edge of the cabinet (see Fig. 3A), having a volume equal to 50 liters (the cabinet height was 70 cm, width ⁇ 40 cm, and depth 18 cm).
  • the cabinet door (front face) in the experiment was left wide open.
  • the temperature of the plate was controlled by a thermocouple fixed between the product made of composite polymer material and the heating plate.
  • the concentration of the signal gas released by the composite polymer material was recorded with a SP-42A-00 semiconductor gas sensor (manufactured by FIS Inc.) located 1 cm from the geometric center of the upper edge of the cabinet.
  • Fig. 7 shows the time dependences of the gas concentration (blue curve) and the temperature of the heating plate (red curve).
  • Test procedure A product made in accordance with Example 1 of a polymer composite material weighing 1.5 g and a thickness of 1.25 mm was glued to a heating plate under normal conditions.
  • the plate was placed in the geometric center of the cabinet with a volume of 1 m 3 (cabinet height was 2.0 m, width ⁇ 1.0 m, and depth ⁇ 0.5 m).
  • the temperature of the plate was controlled by a thermocouple fixed between the product made of composite polymer material and the heating plate.
  • the concentration of the signal gas released by the composite polymer material was recorded with a SP-42A-00 semiconductor gas sensor (manufactured by FIS Inc.) located at a distance of 1 cm from the geometric center of the upper edge of the cabinet.
  • the plate was heated three times in a row smoothly to different temperatures and stopped when the heating plate reached a temperature of 120 ° C (during the first heating), 130 ° C (during the second heating), 140 ° C (during the third heating). After some time after that , the cabinet door opened and was ventilated. After lowering the temperature of the plate to a temperature of approximately 39 ° C, the cabinet door was closed and heating of the plate was resumed. This procedure was repeated three times. The heating was switched off at 36, 122 and 203 minutes, and the reverse switching on at 83 and 167 minutes. The cabinet was ventilated for 49, 133 and 215 minutes.
  • Fig. 8 shows that in this experiment the system worked at least three times (each time the heating was turned on). Despite the fact that with each new actuation, the released amount of gas decreased, its concentration allowed each time to confidently record overheating.
  • the proposed system provides quick response and confident detection of overheating when the temperature rises to a level of about 100 ° C, including when the system is repeatedly activated.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Fire-Detection Mechanisms (AREA)
  • Fire Alarms (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к средствам контроля за предпожарными ситуациями, возникающими в результате локальных перегревов электрооборудования, и предназначено для предупреждения пожаров, возникающих из-за неисправностей электропроводки, в частности, неисправностей в электроустановочных устройствах. Система состоит из газового датчика, соединенного с регистратором, который подключен к системе подачи сигнала, и полимерного сшитого композиционного материала, наносимого на склонные к нагреву участки электрической цепи, имеющего температуру вскрытия в диапазоне 80-200 °С и содержащего внутри легкокипящее вещество, которое легко детектируются вышеупомянутым газовым датчиком. Техническим результатом заявленного решения является повышение вероятности обнаружения предпожарной ситуации на ранней стадии.

Description

СИСТЕМА ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ О ПРЕДПОЖАРНОЙ
СИТУАЦИИ
Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к средствам контроля за предпожарными ситуациями, возникающими в результате локальных перегревов электрооборудования и может быть использовано для предупреждения пожаров, возникающих из-за неисправностей электропроводки.
Уровень техники
На сегодняшний день более 20% всех пожаров возникает по причине нарушений в работе электрооборудования и электрических устройств. Чаще всего возгорание возникает в области электрических контактов.
Одним из наиболее эффективных методов борьбы с пожарами является распознавание предпожарных ситуаций. Многие системы для обнаружения таких ситуаций основаны на контроле состава газовой среды, в частности на анализе содержания газов, выделяющихся на начальной стадии горения (тления).
Водород (Н2) - основной компонент выделяемых газов на стадии тления в результате пиролиза материалов, используемых в строительстве, таких как древесина, текстиль, синтетические материалы. На начальной стадии пожара, в процессе тления, концентрация водорода составляет 0,001- 0,002%. В дальнейшем происходит рост содержания ароматических углеводородов на фоне присутствия недоокисленного углерода в виде оксида углерода (СО)— 0,002-0,008% (об. % в воздухе) [ 1 ] .
Эксперименты показали, что порог обнаружения системы раннего предупреждения пожара в атмосферном воздухе при нормальных условиях должен находиться для большинства газов, в том числе водорода и оксида углерода, на уровне 0,002%. При этом желательно, чтобы быстродействие системы было не хуже 10 с. Такой вывод можно рассматривать как основополагающий для разработок целого ряда предупреждающих пожарных газовых сигнализаторов [1].
Однако, как указано выше, концентрации газообразных продуктов термического разложения, образующихся на стадии тления, очень незначительны. Из-за этого все системы выявления предпожарных ситуаций, основанные на обнаружении таких продуктов в воздухе, обладают рядом общих недостатков:
1. Использование таких систем возможно только на объектах с малой степенью вентилируемости.
2. Для обнаружения низких концентраций СО и Н2 необходимо использовать высокоточные селективные методы. При этом газовые сенсоры не могут обеспечить требуемой селективности, а устройства, основанные на спектрометрических измерениях, обладают высокой стоимостью и сложны в обслуживании.
3. Поскольку появление столь малых концентраций продуктов горения в воздухе может произойти не только в результате возгорания, увеличение чувствительности детектирующих систем приводит к увеличению количества ложных срабатываний. Так, например, сразу после появления пламени, концентрация диоксида углерода (С02) возрастает до 0,1%, что с одной стороны соответствует сгоранию 40-50 г древесины или бумаги в закрытом помещении объемом 60 м3, с другой стороны эквивалентно 10 выкуренным сигаретам. Такой уровень СО2 достигается также в результате присутствия в помещении двух человек в течение 1 ч [1].
4. Поскольку интенсивное выделение продуктов термического разложения начинается только при высоких температурах (> 250 °С), т.е. незадолго до появления пламени, такие системы не позволяют выявлять опасные ситуации на ранних стадиях. Так, известен способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара, включающий измерение интенсивности монохроматического излучения, испускаемого импульсным источником на частоте его поглощения продуктами термодеструкции идентифицируемых материалов, и выработку управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги при превышении значений концентраций их допустимых величин [2].
К недостаткам известного способа можно отнести его невысокую надежность, большую вероятность ложных срабатываний, а также недостаточно раннее обнаружение возгораний, что обусловлено выработкой управляющего сигнала без учета скорости нарастания концентрации и оценкой пожароопасной ситуации по концентрациям недостаточного количества контролируемых газовых компонентов.
Известны способ и устройство для обнаружения предпожарной ситуации, основанные на инфракрасной спектроскопии. Устройство содержит оптически сопряженные источник и приемник излучения, связанный с первым усилителем, и схему обработки, которая содержит два приемника излучения, второй и третий усилители, которые вместе с первым усилителем через соответствующие блоки допустимых концентраций пожароопасных компонентов соединены с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подсоединен через микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь к блоку сигнализации, при этом второй выход микропроцессора подключен к монитору. Оно предназначено для обнаружения продуктов термического разложения разнообразных органических материалов, образующихся под воздействием нештатного источника тепла, который может возникать, в частности, в результате искрения или короткого замыкания в электрокоммутационном оборудовании
[3].
Недостатком известного технического решения являются то, что оно реагирует на появление газов и дыма, сопутствующих уже начавшемуся возгоранию, т.е. подает сигнал непосредственно в момент начала возгорания или уже после него.
Известен способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара, включающий измерение при помощи узла датчиков информативных параметров: концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, а именно СО, СО2, NOx НС1, окислителей, дыма, а также температуры, измерение времени запаздывания сигнала от каждого из датчиков с использованием имитатора возгорания, определение значений производных зависимостей изменения от времени информативных параметров, измеренных каждым датчиком, выработку управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги и возможное при этом включение средств пожаротушения и выключение электропитания в результате анализа пожароопасное™ на основе измеренных, по крайней мере, при помощи двух датчиков информативных параметров, отличающийся тем, что дополнительно в качестве информативных параметров измеряют концентрации Н2, СН4, NH3, Ог, С , H2S, SO2, НСОН, СбНгОН, восстановителей, во временном интервале 0,1-60 с определяют для каждой зависимости информативных параметров от времени, по крайней мере, одно значение производной, определяют приведенное значение каждого из измеренных информативных параметров как величину, равную произведению значения производной на соответствующее каждому датчику время запаздывания, и осуществляют выработку управляющего сигнала при превышении допустимых величин приведенными значениями информативных параметров, определенными по измерениям, по крайней мере, двух датчиков, причем время запаздывания сигнала периодически измеряют как величину временного интервала между моментами включения имитатора возгорания и достижения максимального значения сигнала от датчика [4]. Известный способ ограниченно применим в широком использовании из-за сложности измерений концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, инерционности замеров и необходимости применения дорогостоящего оборудования.
Известно устройство контроля параметров газовой среды, содержащее газовые датчики, аналоговую измерительную часть, микропроцессорный модуль для управления режимами работы сенсоров, первичной обработки данных измерений и их хранения, а также схему питания сенсора и устройства в целом, отличающееся тем, что в состав электронной схемы устройства интегрирован программно-аппаратный интерфейс для передачи данных и команд по беспроводным сетям, а алгоритм проведении измерений и передачи данных оптимизирован с целью автономной работы устройства без замены элементов питания в течение межкалибровочного интервала. При этом устройство может использоваться в качестве предпожарного извещателя для контроля химического состава воздуха, в частности, для определения содержания СО и Н2 [5].
Недостатком известного устройства является возможность ложных срабатываний при обнаружении предпожарных ситуаций, а также низкая надежность работы в процессе эксплуатации из-за высокой чувствительности к помехам.
Несколько иной подход к распознаванию предпожарных ситуаций описывается в патентном документе [6], где раскрывается устройство для раннего обнаружения перегрева в труднодоступных местах электрического и механического оборудования, которое основано на использовании герметизированного в термоплавкой композиции одоранта 1, установленного возле теплогенерирующей детали устройства 2, для которого осуществляется контроль перегрева. Ниже по течению газа от этого одоранта установлен датчик запаха 3 (см. Fig. 1). В качестве одоранта 1 могут использоваться микрокапсулы термоплавкой композиции, содержащие ароматизаторы. Также можно использовать ароматизаторы, смешанные с воском или иными жирными кислотами. Данное устройство рассматривается авторами изобретения в качестве наиболее близкого аналога известного уровня техники (прототипа).
Недостатком рещения, известного из [6], является использование термоплавких полимеров. При разогреве теплогенерирующей детали выше температуры размягчения или плавления термоплавкого полимера возможно его отслоение или стекание на части электрооборудования, например, на изоляцию проводки, нарушение которой может привести к короткому замыканию. Кроме того, в описании патентного документа [6] указывается, что выделение одоранта из предлагаемых полимерных композиций происходит вследствие плавления материала. Это обстоятельство может сопровождаться неблагоприятными для электрики последствиями, такими как пенообразование и разбрызгивание полимерной массы выделяющимся газом. Попадание горячей вспененной массы, капель полимера или расплава полимера, стекающего с наклейки на соседние контакты, электрооборудование, вентиляторы, датчики может привести в неисправности или даже воспламенению.
Кроме того, для регистрации предпожарных ситуаций одним из наиболее значимых критериев является скорость срабатывания системы в целом. Для этого газ должен выделяться в значительном количестве при достижении критической температуры и быстро распределяться по объему. Вскрытие пор, происходящее вследствие плавления полимера в [6], может сопровождаться переходом одоранта в термоплавкую композицию (например, растворение) или создавать пенный слой. При этом испарение газа с поверхности будет протекать медленно и не будет приводить к разовому переходу основного количества газа, заключенного в изделии в газовую фазу. Описание изобретения
Целью изобретения является повышение вероятности обнаружения предпожарной ситуации на ранней стадии и минимизация количества ложных срабатываний.
Система сигнализации о предпожарной ситуации состоит из газового датчика, соединенного с регистратором, который подключен к системе подачи сигнала, и наносимого на склонные к нагреву участки электрической цепи полимерного композиционного материала, имеющего температуру вскрытия в диапазоне 80-200 °С и содержащего непрерывную фазу, которая образована термореактивным полимером, и заключенное внутри непрерывной фазы легкокипящее вещество, которое легко детектируются вышеупомянутым газовым датчиком.
При нагревании указанного полимерного композиционного материала до температуры вскрытия большое избыточное давление газа внутри капсулы или пор приводит взрывному вскрытию (разрушению) композиционного материала. В результате газ практически мгновенно выходит из материала, не сорбируется на нем и достигает датчика за минимальное время.
Таким образом, обеспечивается технический результат заявленного решения, а именно повышение вероятности обнаружения предпожарной ситуации на ранней стадии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Fig. 1 показано известное устройство для раннего обнаружения перегрева в труднодоступных местах электрического и механического оборудования (согласно патентному документу [6]).
На Fig. 2 приведены результаты термогравиметрического анализа микрокапсулированного композиционного материала по изобретению, полученного согласно Примеру 1.
На Fig. 3 схематично изображен общий вид устройства сигнализации.
На Fig. 4 изображен общий вид изделия из композиционного материала, устанавливаемого на токоведущие детали.
На Fig. 5 показаны временные зависимости концентрации газа (зелёная кривая) и температуры нагревательной пластины (красная кривая) в случае срабатывания системы при мгновенном нагреве композитного полимерного материала в шкафе большого объёма. На Fig. 6 показаны временные зависимости концентрации газа (зелёная кривая) и температуры нагревательной пластины (красная кривая) в случае срабатывания системы при плавном нагреве композитного полимерного материала в шкафу большого объёма.
На Fig. 7 показаны временные зависимости концентрации газа (синяя кривая) и температуры нагревательной пластины (красная кривая) в случае срабатывания системы при мгновенном нагреве композитного полимерного материала в открытом шкафу небольшого объёма.
На Fig. 8 показаны временные зависимости концентрации газа (синяя кривая) и температуры нагревательной пластины (красная кривая) в случае многократного срабатывания системы.
Подробное описание изобретения
Заявляемая система предназначена для раннего выявления предпожарных ситуаций, когда нагрев проводов или электрических контактов превышает допустимые эксплуатационные параметры (> 100 °С), но еще не достигает того уровня, при котором происходит термодеструкция материалов, способных к возгоранию (> 250 °С).
В качестве термоактивируемых (в данном случае под термоактивируемостью понимается свойство взрывного вскрытия материала при нагреве до определённой температуры) полимерных композиционных материалов могут использоваться следующие материалы, содержащие термореактивные полимеры: микрокапсулированные материалы или пористые материалы с порами закрытого типа, содержащие наполнители.
Легкокипящие вещества, содержащиеся внутри полимерного композиционного материала, могут включать, но не ограничиваться галогенуглеводородами, например, 1 ,1,1,3,3-пентафторбутан (хладон 365), 1 , 1 , 1 ,2 ,2,4 ,5 ,5 ,5 -нонафтор-4-(трифторметил)пентан-3 -он (Novec 1230). Данные соединения относятся к 4-му классу опасности, т.е. не являются опасными для человека. Они не содержатся в воздухе помещений при обычных обстоятельствах, поэтому их можно детектировать при минимальных концентрациях, не опасаясь ложных срабатываний.
Важным преимуществом фторсодержащих галогенуглеводородов перед используемыми в патентном документе [6] одорантами или ароматизаторами является то, что они не имеют выраженного запаха, легко ощущаемого человеком, и относятся к малотоксичным соединениям. Это обстоятельство позволяет использовать предлагаемую систему вблизи массового скопления людей, например, на объектах транспорта и даже в помещениях, в которых могут постоянно находиться люди. Выделение 1,1,1,3,3-пентафторбутан (хладон 365), 1,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4- (трифторметил)пентан-З-он (Novec 1230) вместо одорантов не приведёт к панике и не скажется на превышении ПДК внутри защищаемого объекта.
Помимо этого, фреоны, в отличие от ароматизаторов, не могут присутствовать в воздухе при нормальной эксплуатации, что существенно снижает риск ложных срабатываний. Наконец, фторсодержащие галогенводороды являются классом веществ, которые могут селективно детектироваться датчиком в сверхнизких концентрациях (менее 0.001 ррт)
[7]. В качестве легкокипящего вещества, альтернативно или дополнительно, могут также использоваться одоранты, такие как низшие меркаптаны, диалкилсульфиды, диалкилдисульфиды или их растворы. Преимуществом такого решения является то, что в этом случае определение точного места перегрева возможно посредством человеческого обоняния.
Одорантом может являться метилмеркаптан, этилмеркаптан, н- пропилмеркаптан, изопропилмеркаптан, н-бутилмеркаптан, втор- бутилмеркаптан, изобутилмеркаптан, трет-бутилмеркаптан, амилмеркаптан, изоамилмеркаптан, гексилмеркаптан, диметилсульфид, диэтилсульфид, диаллилдисульфид, аллилметилсульфид, метилэтил сульфид, диизопропилсульфид, диметилдисульфид, диэтилдисульфид, дипропилдисульфид, диизопропилдисульфид.
В некоторых вариантах изобретения легкокипящее вещество, содержащееся внутри полимерного композиционного материала, представляет собой одорант в смеси с растворителями. Использование растворителей позволяет достигать меньших температур и более узких температурных диапазонов вскрытия композиционного материала при сохранении его механических характеристик.
Растворители для одоранта, включают, но не ограничиваются только этим перечнем, гидрофторхлоруглероды, гидрофторуглероды, фторуглероды, хлоруглероды, хлорфторуглероды, алканы, простые эфиры или их смеси.
В некоторых вариантах изобретения полимерный композиционный материал представляет собой микрокапсулы с ядром из легкокипящего вещества, заключенного в связующем. Микрокапсулы имеют двухслойную полимерную оболочку, внутренний слой которой состоит из желатина или его производного, а внешний усиливающий слой - из сшитых полимеров, карбамидных смол, резорциновых смол, меламиновых смол, фенольных смол или поливинилацетатных смол. Средний наружный диаметр микрокапсул составляет 1-5000 мкм, средняя толщина полимерной оболочки составляет 0,01-1 мкм. Полимерным связующим может быть акриловая смола, и/или эпоксидная смола, и/или полиамид, и/или поливинилацетат, и/или полиэфир, и/или полимочевина, и/или поливиниловый спирт, и/или полиуретан.
В других вариантах изобретения полимерный композиционный материал представляет собой полимерный гель, образованный частицами сшитого полимера, набухшими в растворе легкокипящего вещества, помещенный в термореактивную полимерную матрицу. Сшитым полимером является полиакриламид, сшитый Ν,Ν'-метиленбисакриламидом, поливиниловый спирт, сшитый эпихлоргидрином или поливиниловый спирт, сшитый глутаровым альдегидом. Средний размер частиц сшитого полимера составляет 50-500 мкм. Полимерной матрицей является полиорганосилоксаны, поливинилацетат, эпоксидные смолы.
В других вариантах изобретения полимерный композиционный материал представляет собой частицы силикагеля или цеолита с сорбированным на них одорантом, помещенные в термореактивную полимерную матрицу. Средний размер частиц составляет предпочтительно 10-2000 мкм. Полимерная матрица, входящая в состав композиционного материала, включает, но не ограничивается только этим перечнем, полиуретан, полимочевина.
В других вариантах изобретения полимерный композиционный материал представляет собой частицы пористого полимера с порами закрытого типа или каналами, заполненными одорантом или раствором одоранта, помещенные в термореактивную полимерную матрицу. Средний размер частиц составляет предпочтительно 200-5000 мкм. Средний диаметр пор составляет предпочтительно 10-100 мкм. В качестве пористого полимера предлагаются сшитый полистирол, полиорганосилоксаны, полиуретан, полимочевина. Полимерная матрица, входящая в состав композиционного материала, включает, но не ограничивается только этим перечнем, поливинилацетат, эпоксидные смолы.
Использование термореактивных (в частности, сшитых) полимеров позволяет избежать недостатков термоплавких полимерных композиций, упомянутых в документе [6], таких как вспенивание материала при газовыделении, стекание материала на электрооборудование при высоких температурах, медленное выделение газа.
При использовании термореактивных сшитых полимеров вскрытие пор происходит за счёт разрыва материала перегретым сжиженным газом, находящимся под большим избыточным давлением. Это приводит к "взрывному" выделению газа из материала за счёт чего достигается единовременное достижение высокой концентрации сигнального газа и максимально быстрое срабатывание системы. Высокая скорость выхода сигнального вещества выгодно отличает использование сшитых термореактивных полимеров от термоплавких материалов, указанных в патентном документе [6]. Для термоплавких материалов скорость выхода одоранта ограничивается его скоростью диффузии через полимер, а также другими процессами, которые могут сопровождать плавление материала, например, пенообразованием.
Другим достоинством сшитых полимеров является то, что вскрытие пор в предлагаемых термореактивных полимерах происходит не в узком диапазоне температур, соответствующем плавлению полимера (переход в вязкотекущее состояние), а в широком. В сшитых полимерах вскрытие (взрывное разрушение) оболочки происходит при достижении газом внутри поры давления соответствующего прочности оболочки. Поскольку в силу особенностей синтеза таких полимеров поры отличаются друг от друга как размерами, так и толщиной оболочки, их вскрытие происходит при различном давлении, а соответственно и температурах. Диапазон температур, в котором происходит взрывное вскрытие термореактивного композиционного материала составляет 103-163 °С, как иллюстрируется термогравиметрической кривой, показанной на Fig. 2.
Последнее обстоятельство обуславливает ещё одно важное отличие предлагаемого изобретения. Поскольку вскрытие полимера происходит в широком диапазоне температур и разрушение части пор при более низкой температуре вскрытия не нарушает герметичности других пор, то система может срабатывать многократно. Иными словами, если предлагаемый полимерный композиционный материал нагреть до температуры вскрытия в заданном диапазоне температур вскрытия, затем охладить до температуры, более низкой чем указанный диапазон температур вскрытия, например до температуры, соответствующей допустимым эксплуатационным параметрам оборудования, а затем снова нагреть до температуры вскрытия в заданном диапазоне температур вскрытия, более высокой, чем предыдущая температура вскрытия, то при повторном нагреве также произойдёт достаточное для формирования сигнала о перегреве выделение газа и срабатывание системы (см. Пример 5).
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на Fig. 3 схематично изображен общий вид устройства сигнализации, а на Fig. 4 изображен общий вид изделия из композиционного материала, устанавливаемого на токоведущие детали.
Устройство для сигнализации о предпожарной ситуации, представленное на Fig. 3, состоит из пластины 9, выполненной из сшитого полимерного композиционного материала, содержащего внутри полостей 18 легкокипящее вещество, газового сенсора 10, соединенного через регистратор 11 с системой подачи сигнала 12. Пластина 9 приклеена к основе 14, которая имеет с обратной стороны клеевой слой 15, при помощи которого пластина 9 закрепляется на токоведущей детали 13. До установки на электроустановочное изделие клеевой слой 15 закрыт легко отделяемой защитной пленкой 17. При нагреве выше определенной температуры пластина 9 выделяет газ 16, детектируемый при помощи газового сенсора 10.
На Fig. 4 показана пластина 9, выполненная из сшитого полимерного композиционного материала, содержащего внутри полостей 18 легкокипящее вещество. До установки на электроустановочное изделие, клеевой слой 15 закрыт легко отделяемой защитной пленкой 17.
Использование описанных полимерных материалов позволяет получить герметичные оболочки, позволяющие хранить заключенное в них легкокипящее вещество в течение длительного времени без существенных потерь. При достижении определенной температуры происходит увеличение давления наполнителя - легкокипящего вещества внутри непрерывной фазы полимера, что приводит к разрыву композиционного материала и выпуску газообразных продуктов, детектируемых сенсором, в атмосферу. Изменение состава наполнителя и полимерной матрицы позволяет варьировать температуру вскрытия материала.
Поскольку газообразные вещества, выделяемые при нагревании композиционного материала, не содержатся при обычных условиях в атмосфере, а также в связи с тем, что они выделяются при относительно низких температурах (до начала термического разложения материалов, из которых изготавливаются провода и электроустановочные устройства), предложенная система позволяет обнаруживать потенциально пожароопасные ситуации задолго до появления дыма или открытого огня.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет обнаруживать предпожарные ситуации значительно раньше существующих аналогов. Предложенная система рассчитана на многократные срабатывания, так как для обнаружения перегрева достаточно выхода лишь малой доли, заключенного в композиционном материале легкокипящего вещества, так что после охлаждения композиционного материала ниже температур в интервале температуры вскрытия в нем остается достаточно легкокипящего вещества для повторных срабатываний в случае повторного нагрева до температур в интервале температуры вскрытия. За счет непосредственного контакта полимерного композиционного материала с нагревающимся участком электрической цепи обеспечивается высокая скорость срабатывания системы.
Пример 1.
Методика изготовления полимерного композиционного материала.
Фреон 365 промыли раствором тиосульфата натрия, высушили пятиокисью фосфора и перегнали. 720г полиизоцианата смешали с 9 кг фреона и энергично перемешали 2 раза по 2 минуты с периодичностью 10 минут. Полученную смесь отстаивали 30 мин и фильтровали через вату. Фильтрат поместили в аппарат, добавили 10 л 1% раствора поливинилого спирта в воде. Полученную смесь перемешивали до получения стойкой эмульсии и затем к ней добавили 1% раствор полиэтиленполиамина в 10 л воды в течение 3-х часов. Перемешивали 7 суток при комнатной температуре.
Полученные микрокапсулы промыли водой 5 раз до нейтральной реакции, смешали с ПВА в соотношении 1 : 1 и нанесли тонким слоем на силиконовую подложку. После первой сушки нанесли еще один слой капсул с ПВА и так далее до получения листа толщиной 1.25 мм.
По окончании описанной процедуры получили 10.7 кг пластичного материала.
Пример 2.
Срабатывание системы при мгновенном нагреве в шкафу большого объёма.
Методика испытаний. Изготовленное в соответствии с Примером 1 изделие из полимерного композиционного материала массой 1.5 г и толщиной 1.25 мм было наклеено на нагревательную пластину, температура которой поддерживалась в диапазоне от 130 до 135 °С. Пластина помещалась в геометрический центр шкафа объёмом 1 м3 (высота шкафа составляла 2.0 м, ширина — 1.0 м, а глубина ~ 0.5 м). Температура пластины контролировалась термопарой, закреплённой между изделием из композиционного полимерного материала и нагревательной пластиной. Концентрация сигнального газа, выделяющегося композиционным полимерным материалом, регистрировалась полупроводниковым газовым сенсором SP-42A-00 (производства компании FIS Inc.), расположенным на расстоянии 1 см от геометрического центра верхней грани шкафа. На Fig. 5 показаны временные зависимости концентрации газа (зелёная кривая) и температуры нагревательной пластины (красная кривая).
Как видно из Fig. 5, срабатывание системы и регистрация перегрева с помощью газового датчика происходит за время менее 1 минуты.
Пример 3.
Срабатывание системы при плавном нагреве в шкафу большого объёма.
Методика испытаний. Изготовленное в соответствии с Примером 1 изделие из полимерного композиционного материала весом 1.5 г и толщиной 1.25 мм было наклеено на нагревательную пластину при нормальных условиях. Пластина помещалась в центр шкафа объёмом 1 м3 (высота шкафа составляла 2.0 м, ширина ~ 1.0 м, а глубина ~ 0.5 м). Температура пластины плавно увеличивалась до 135 °С, что контролировалось термопарой, закреплённой между изделием из композиционного полимерного материала и нагревательной пластиной. Концентрация сигнального газа, выделяющегося композиционным полимерным материалом, регистрировалась полупроводниковым газовым сенсором SP-42A-00 (производства компании FIS Inc.), расположенным на расстоянии 1 см от геометрического центра верхней грани шкафа. На Fig. 6 показаны временные зависимости концентрации газа (зелёная кривая) и температуры нагревательной пластины (красная кривая).
Как видно из Fig. 6 срабатывание системы происходит после достижения пластиной температуры равной 93 °С. Пример 4.
Срабатывание системы в открытом шкафу небольшого объёма.
Методика испытаний. Изготовленное в соответствии с Примером 1 изделие из полимерного композиционного материала массой 0.5 г с толщиной 1.25 мм было наклеено на нагревательную пластину, температура которой поддерживалась в диапазоне от 130 до 135 °С. Пластина помещалась на расстоянии 1 см от геометрического центра нижней грани шкафа (см. Fig. За), имеющего объём равный 50 литров (высота шкафа составляла 70 см, ширина ~ 40 см, а глубина— 18 см). Дверца шкафа (передняя грань) в эксперименте оставлялась настежь открытой. Температура пластины контролировалась термопарой, закреплённой между изделием из композиционного полимерного материала и нагревательной пластиной. Концентрация сигнального газа, выделяющегося композиционным полимерным материалом, регистрировалась полупроводниковым газовым сенсором SP- 42А-00 (производства компании FIS Inc.), расположенным на расстоянии 1 см от геометрического центра верхней грани шкафа. На Fig. 7 показаны временные зависимости концентрации газа (синяя кривая) и температуры нагревательной пластины (красная кривая).
В данном примере (см. Fig. 7) срабатывание системы происходило практически сразу после наклеивания изделия на нагреватель и уверенная регистрация перегрева оказывалась возможной уже менее чем через 10 секунд.
Пример 5.
Многократное срабатывание системы.
Методика испытаний. Изготовленное в соответствии с Примером 1 изделие из полимерного композиционного материала массой 1.5 г и толщиной 1.25 мм было наклеено на нагревательную пластину при нормальных условиях. Пластина помещалась в геометрический центр шкафа объёмом 1 м3 (высота шкафа составляла 2.0 м, ширина ~ 1.0 м, а глубина ~ 0.5 м). Температура пластины контролировалась термопарой, закреплённой между изделием из композиционного полимерного материала и нагревательной пластиной. Концентрация сигнального газа, выделяющегося композиционным полимерным материалом, регистрировалась полупроводниковым газовым сенсором SP-42A-00 (производства компании FIS Inc.), расположенным на расстоянии 1 см от геометрического центра верхней грани шкафа. Нагрев пластины производился плавно три раза подряд до разной температуры и прекращался при достижении нагревательной пластиной температуры равной 120 °С (при первом нагреве), 130 °С (при втором нагреве), 140 °С (при третьем нагреве), Спустя некоторое время после этого, дверца шкафа открывалась и производилась его вентиляция. После опускания температуры пластины до температуры примерно равной 39 °С дверца шкафа закрывалась и нагрев пластины возобновлялся. Данная процедура повторялась три раза. Отключение нагрева производилось на 36, 122 и 203 минутах, а обратное включение на 83 и 167 минутах. Вентиляция шкафа производилась на 49, 133 и 215 минутах.
Fig. 8 показывает, что в данном эксперименте система срабатывала как минимум три раза (при каждом включении нагрева). Несмотря на то, что с каждым новым срабатыванием выделяющееся количество газа уменьшалось, его концентрация позволяла каждый раз уверенно производить регистрацию перегрева.
Таким образом, предлагаемая система обеспечивает быстрое срабатывание и уверенное обнаружение перегрева при повышении температуры уже до уровня около 100°С, в том числе при неоднократном срабатывании системы.
Источники информации:
1. Электроника: Наука, Технология, Бизнес. Выпуск 4/2001, с. 48.
2. Авторское свидетельство СССР 1277159, МПК G08B17/10, 1985 г. 3. Патент РФ 2022250, МПК G01N21/61, 1994 г.
4. Патент РФ 2175779, МПК G08B17/1 17, 2001 г.
5. Патент РФ 95849, МПК G01N33/00, 2010 г.
6. Патентный документ JP 6-66648, 1994 г.
7. А.П. Долин, А.И. Карапузиков, Ю.А. Ковалькова, «Эффективность использования лазерного течеискателя элегаза "КАРАТ" для определения места и уровня развития дефектов электрооборудования», Электро, JSfe 6. С. 25-28 (2009).
8. Патент РФ 2403934, МПК A62D1/00, 2010 г.

Claims

Формула изобретения
1. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях, возникающих в результате локальных перегревов электрооборудования, включающая газовый датчик, соединенный с регистратором, который подключен к системе подачи сигнала, и полимерный композиционный материал, нанесенный на склонные к нагреву участки электрической цепи, содержащий непрерывную фазу, которая образована термореактивным полимером, и легкокипящее вещество внутри указанной непрерывной фазы, и имеющий температуру вскрытия в диапазоне 80-200 °С.
2. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.1, отличающаяся тем, что система рассчитана на многократные срабатывания при нагреве указанного полимерного композиционного материала в повторяющихся циклах нагрева до температуры, находящейся в интервале температур взрывного разрушения, и последующего охлаждения до более низких температур, находящихся ниже интервала температур взрывного разрушения.
3. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в состав легкокипящего вещества, содержащегося внутри термореактивного полимерного композиционного материала, входят галогенуглеводороды.
4. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п. 3 отличающаяся тем, что в состав легкокипящего вещества входят 1,1,1,3,3-пентафторбутан (Хладон 365), 1 ,1,1,2,2,4,5,5,5-нонафтор-4- (трифторметил)пентан-З-он (Novec 1230), 1,1,1 ,2,3,3,3 гептафторпропан или октафторциклобутан.
5. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в состав легкокипящего вещества, содержащегося внутри полимерного композиционного материала, входят одоранты, выбираемые из группы, включающей метилмеркаптан, этилмеркаптан, н-пропилмеркаптан, изопропилмеркаптан, н-бутилмеркаптан, втор-бутилмеркаптан, изобутилмеркаптан, трет-бутилмеркаптан, амилмеркаптан, изоамилмеркаптан, гексилмеркаптан, диметилсульфид, диэтилсульфид, диаллилдисульфид, аллилметилсульфид, метилэтилсульфид, диизопропилсульфид, диметилдисульфид, диэтилдисульфид, дипропилдисульфид, диизопропилдисульфид или их растворы.
6. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.5, отличающаяся тем, что растворитель в растворах одоранта включает гидрофторхлоруглероды, гидрофторуглероды, фторуглероды, хлоруглероды, хлорфторуглероды, алканы, простые эфиры или любые их смеси.
7. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что полимерный композиционный материал представляет собой микрокапсулы с ядром из легкокипящего вещества, заключенные в связующем, где микрокапсулы имеют двухслойную сшитую полимерную оболочку, внутренний слой которой состоит из желатина или его производного, а внешний усиливающий слой состоит из карбамидных смол, резорциновых смол, меламиновых смол, фенольных смол или поливинилацетатных смол.
8. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.1 или 2, отличающаяся тем, что средний наружный диаметр микрокапсул составляет 1-5000 мкм и средняя толщина полимерной оболочки составляет 0,01-1 мкм.
9. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.1 или 2, отличающаяся тем, что полимерным связующим является акриловая смола, и/или эпоксидная смола, и/или полиамид, и/или поливинилацетат, и/или полиэфир, и/или полимочевина, и/или поливиниловый спирт, и/или полиуретан.
10. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что полимерный композиционный материал представляет собой полимерный гель, образованный частицами сшитого полимера, набухшими в растворе легкокипящего вещества, помещенный в полимерную матрицу, образованную термореактивным полимером.
11. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.10, отличающаяся тем, что термореактивным полимером является полиакриламид, сшитый Ν,Ν'-метиленбисакриламидом, поливиниловый спирт, сшитый эпихлоргидрином или поливиниловый спирт, сшитый глутаровым альдегидом.
12. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.10, отличающаяся тем, что средний размер частиц сшитого полимера составляет 50-500 мкм.
13. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.11, отличающаяся тем, что средний размер частиц сшитого полимера составляет 50-500 мкм.
14. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.10, отличающаяся тем, что полимерной матрицей является полиорганосилоксан, поливинилацетат, эпоксидная смола.
15. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по любому из пп.1 1-13, отличающаяся тем, что полимерной матрицей является полиорганосилоксан, поливинилацетат, эпоксидная смола.
16. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что полимерный композиционный материал представляет собой частицы силикагеля или цеолита с сорбированным на них легкокипящим веществом, помещенные в полимерную матрицу, образованную термореактивным полимером.
17. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.16, отличающаяся тем, что средний размер частиц составляет 10-2000 мкм.
18. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.16, отличающаяся тем, что полимерной матрицей является полиуретан, полимочевина.
19. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.17, отличающаяся тем, что полимерной матрицей является полиуретан, полимочевина.
20. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что полимерный композиционный материал представляет собой частицы пористого полимера с порами закрытого типа или каналами, заполненными одорантом или раствором одоранта, помещенные в полимерную матрицу, образованную термореактивным полимером.
21. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.20, отличающаяся тем, что средний размер частиц составляет 200-5000 мкм.
22. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.20, отличающаяся тем, что средний диаметр пор составляет 10-100 мкм.
23. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.21 отличающаяся тем, что средний диаметр пор составляет 10-100 мкм.
24. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.20, отличающаяся тем, что в качестве пористого полимера используется полистирол, полиорганосилоксан, полиуретан, полимочевина.
25. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по любому из пп.21-23, отличающаяся тем, что в качестве пористого полимера используется поливинилацетат, полиорганосилоксан.
26. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.20, отличающаяся тем, что полимерной матрицей является поливинилацетат, эпоксидная смола.
27. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по любому из пп.21-24, отличающаяся тем, что полимерной матрицей является поливинилацетат, эпоксидная смола.
28. Система для сигнализации о предпожарных ситуациях по п.25, отличающаяся тем, что полимерной матрицей является поливинилацетат, эпоксидная смола.
PCT/RU2016/000531 2015-08-10 2016-08-10 Система для сигнализации о предпожарной ситуации WO2017026922A1 (ru)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020187007035A KR102104730B1 (ko) 2015-08-10 2016-08-10 화재 전조 상황을 신호생성하기 위한 시스템
EA201890487A EA035571B1 (ru) 2015-08-10 2016-08-10 Система для сигнализации предпожарной ситуации
CN201680058862.7A CN108140290B (zh) 2015-08-10 2016-08-10 火灾前形势信号系统
JP2018527715A JP6842192B2 (ja) 2015-08-10 2016-08-10 火災前状態を知らせるためのシステム
EP16835532.9A EP3336816A4 (en) 2015-08-10 2016-08-10 SYSTEM FOR SIGNALING A VORBRANDSITUATION
CA3033517A CA3033517A1 (en) 2015-08-10 2016-08-10 System for signalling a pre-fire situation

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015133304/12A RU2596953C1 (ru) 2015-08-10 2015-08-10 Система для сигнализации о предпожарной ситуации
RU2015133304 2015-08-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017026922A1 true WO2017026922A1 (ru) 2017-02-16

Family

ID=56892818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000531 WO2017026922A1 (ru) 2015-08-10 2016-08-10 Система для сигнализации о предпожарной ситуации

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP3336816A4 (ru)
JP (1) JP6842192B2 (ru)
KR (1) KR102104730B1 (ru)
CN (1) CN108140290B (ru)
CA (1) CA3033517A1 (ru)
EA (1) EA035571B1 (ru)
RU (1) RU2596953C1 (ru)
WO (1) WO2017026922A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113947862A (zh) * 2021-10-16 2022-01-18 西北工业大学 一种航空器电气火灾预警方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112358719A (zh) * 2020-11-17 2021-02-12 安徽伊法拉电力科技有限公司 一种可逆热敏高压进线预警绝缘防护套料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0666646A (ja) * 1992-08-18 1994-03-11 Chubu Electric Power Co Inc 感熱臭気発生マイクロカプセル
US20040049983A1 (en) * 2000-10-31 2004-03-18 Hitachi Cable, Ltd. Heat-sensitive odor-emitting component
JP2007160028A (ja) * 2005-12-13 2007-06-28 Fujimura Tadamasa ジブロモメタンを芯材とするマイクロカプセル化消火剤と該消火剤を含有した消火材料
WO2016110830A1 (en) * 2015-01-08 2016-07-14 Ficos Technologies Ltd. Indicator loaded thermo-sensitive capsules

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5478278A (en) * 1977-12-01 1979-06-22 Unitika Ltd Cloth for artificial flower and method of making said cloth
JPS61138132A (ja) * 1984-12-10 1986-06-25 Canon Inc 異常昇温報知用部材
US4773350A (en) * 1987-03-27 1988-09-27 Lyons Terry B Fusible temperature signaling sensor
JPH0518831A (ja) * 1991-07-09 1993-01-26 Fujitsu Syst Constr Kk 温度監視用のガス放出体
JPH05157633A (ja) * 1991-12-06 1993-06-25 Fujitsu Syst Constr Kk 温度検知用のガス放出装置
JPH0666648A (ja) * 1992-08-18 1994-03-11 Chubu Electric Power Co Inc 過熱検知装置
JP3176731B2 (ja) * 1992-08-18 2001-06-18 中部電力株式会社 感熱ラベル
JP3299623B2 (ja) * 1994-03-23 2002-07-08 能美防災株式会社 臭い圧測定方法、臭い圧基準化方法、臭い検知装置、及び火災検知装置
RU2175779C1 (ru) * 2000-11-28 2001-11-10 Николаев Юрий Николаевич Способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара
JP4792681B2 (ja) * 2001-02-13 2011-10-12 ダイキン工業株式会社 重合開始剤組成物およびそれを用いる含フッ素ポリマーの製造法
RU2396602C2 (ru) * 2007-11-28 2010-08-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саровский государственный физико-технический институт" (ФГОУ ВПО "СарФТИ") Способ оповещения о пожаре и устройство для его осуществления
EP3764080A1 (en) * 2010-02-04 2021-01-13 Spectra Systems Corporation Gas activated changes to light absorption and emission characteristics for security articles
RU95849U1 (ru) * 2010-03-30 2010-07-10 Александр Михайлович Баранов Беспроводный газовый датчик с автономным питанием
US20150284660A1 (en) * 2012-08-21 2015-10-08 Firmenich Sa Method to improve the performance of encapsulated fragrances

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0666646A (ja) * 1992-08-18 1994-03-11 Chubu Electric Power Co Inc 感熱臭気発生マイクロカプセル
US20040049983A1 (en) * 2000-10-31 2004-03-18 Hitachi Cable, Ltd. Heat-sensitive odor-emitting component
JP2007160028A (ja) * 2005-12-13 2007-06-28 Fujimura Tadamasa ジブロモメタンを芯材とするマイクロカプセル化消火剤と該消火剤を含有した消火材料
WO2016110830A1 (en) * 2015-01-08 2016-07-14 Ficos Technologies Ltd. Indicator loaded thermo-sensitive capsules

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3336816A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113947862A (zh) * 2021-10-16 2022-01-18 西北工业大学 一种航空器电气火灾预警方法
CN113947862B (zh) * 2021-10-16 2022-12-27 西北工业大学 一种航空器电气火灾预警方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108140290A (zh) 2018-06-08
KR20180070555A (ko) 2018-06-26
EP3336816A4 (en) 2019-05-01
RU2596953C1 (ru) 2016-09-10
JP6842192B2 (ja) 2021-03-17
EP3336816A1 (en) 2018-06-20
CN108140290B (zh) 2020-09-04
EA035571B1 (ru) 2020-07-09
JP2018532213A (ja) 2018-11-01
EA201890487A1 (ru) 2018-11-30
KR102104730B1 (ko) 2020-04-27
CA3033517A1 (en) 2017-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8496067B2 (en) Device and method for protecting an object against fire
JP6732191B2 (ja) 電気機器の局所過熱の結果として生じる火災前状態を警告するためのデバイス
EP3336815B1 (en) Composite material for signalling local overheating of electrical equipment
WO2017026922A1 (ru) Система для сигнализации о предпожарной ситуации
KR102104729B1 (ko) 전기 회로 결함의 결과로 발생하는 화재 전조 상황을 검출하는 방법
JP2021029286A (ja) 消火シートまたは消火ワイヤ
Pietersen A new warning system for fires of electrical origin
RU2817861C1 (ru) Система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования, включающая несколько сенсоров, способ ее использования и испытания
KR102157991B1 (ko) 리필형 소화 모듈 및 이를 포함하는 소화 장치
RU2816828C1 (ru) Система автоматического выявления перегревов элементов электрооборудования с применением сенсора сравнения, способ ее использования и испытания

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16835532

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018527715

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187007035

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016835532

Country of ref document: EP

Ref document number: 201890487

Country of ref document: EA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3033517

Country of ref document: CA