Энергетически автономное устройство для обнаружения возгораний
Владельцы патента RU 2689633:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (RU)
Изобретение относится к системам пожарной безопасности, а именно к энергетически автономному устройству для обнаружения возгораний. Устройство содержит температурный чувствительный элемент (1), источник неэлектрической энергии (2), преобразователь неэлектрической энергии в электрическую (3), электронный модуль для передачи сигнала (4) в центр мониторинга для определения местоположения возгорания. Температурный чувствительный элемент (1) состоит из материала, в котором при достижении температуры окружающей среды выше порогового значения возникает самораспространяющаяся экзотермическая реакция. Источник неэлектрической энергии (2) состоит из тепловыделяющего материала. Преобразователь неэлектрической энергии в электрическую (3) представляет собой термоэлектрический генератор. Технический результат заключается в повышении автономности и надежности работы устройства, что обеспечивает возможность его использования без дополнительного контроля и обслуживания. 1 ил.
Данное энергетически автономное устройство для обнаружения возгораний относится к системам пожарной безопасности и может быть применено для обнаружения очагов пожаров и контроля за их распространением в условиях полного отсутствия источников электроэнергии или альтернативных источников питания.
Известно техническое решение, в котором предложен способ мониторинга лесных пожаров и комплексная система раннего обнаружения лесных пожаров, построенная на принципе разносенсорного панорамного обзора местности с функцией высокоточного определения очага возгорания, основанное на мониторинге местности посредством тепловизионной камеры и видеокамеры, закрепленных на вышках сотовой связи, с последующей передачей изображений на центральный сервер для анализа [1]. Недостаток данного технического решения состоит в том, что для его реализации необходимо стационарный источник электроэнергии, такой как электрический генератор или постоянное подключение к единой электрической сети. Таким образом, предложенный способ не является энергетически автономным и инфраструктурно независимым.
Известен способ автоматического установления местоположения лесного пожара, характеризующийся тем, что на наиболее пожароопасных участках леса или торфяников, размещают по площади скважины с установкой в них перфорированных труб с датчиками температуры, соединенных между собой сигнальные проводники с набором резисторов и перемычек из легкоплавящегося материала, определяют границы пожара и фиксируют его координаты на лесопожарной карте, устанавливают модем сотовой связи и солнечную батарею, измеряют температуру в перфорированных трубах и сопротивление сигнальных проводников, сравнивают с допустимыми значениями, формируют при их превышении информацию о возникновении пожара и передают информацию по каналам сотовой связи в диспетчерский центр [2]. Недостатком данного способа является то, что для эксплуатации системы фиксации температуры и передачи данных по каналам сотовой связи необходимо наличие солнечной батареи в качестве источника питания, что затрудняет работу системы в условиях отсутствия солнечного света и необходимости обслуживания солнечного элемента, например чистки поверхности от пыли и грязи.
Известно техническое решение, в котором предложено автономное устройство для детектирования лесных пожаров, представляющее корпус, в который помещена электромагнитную катушка, элемент с памятью формы в виде пружины и электронный модуль для передачи сигнала [3]. При достижении температуры порогового значения пружина, выполненная из материала с памятью формы, разжимается и приводит в движение сердечник электромагнитной катушки, при перемещении которого начинается вырабатываться электрическая энергия для питания модуля передачи сигнала. Недостаток данного технического решения состоит в том, что перемещение сердечника в электромагнитной катушке неконтролируемо и может привести к генерации недостаточного количества энергии для питания модуля передачи сигнала.
Наиболее близким техническим решением является «Энергетически самообеспеченное устройство для обнаружения пожаров и способ обнаружения лесных пожаров, выполненный на основе такого устройства», включающее температурный чувствительный элемент, состоящий из материала с памятью формы, который одновременно является источником неэлектрической энергии, преобразователь неэлектрической энергии в электрическую, представляющий пьезоэлектрический элемент, интегральный модуль передачи сигнала, предупреждающий о пожаре [4]. Суть работы данного устройства в том, что при достижении температуры порогового значения температурный чувствительный элемент механически воздействует на пьезоэлектрический элемент, который передает электрическую энергию в модуль передачи сигнала. Главные недостатки данного технического решения состоит в том, что 1) электрическая энергия, вырабатываемая в момент одноразового механического воздействия чувствительного элемента на пьезоэлектрический элемент может оказаться недостаточной для передачи радиосигнала, требующее продолжительного времени, 2) с течением времени происходит деградация электрофизических параметров пьезоэлектрического элемента, которые влияют на величину генерируемой им электрической энергии, и 3) при достижении температуры точки Кюри происходит полная деполяризация пьезоэлектрического элемента, которая составляет для пьзокерамики на основе цирконат-титаната свинца порядка 130-380°С, что выводит пьезоэлемент из строя. Эти недостатки ограничивают условия, в которых данное устройство может быть применено.
Задачей настоящего изобретения является увеличение диапазона рабочих температур, продолжительности работы и тем самым повышение автономности и надежности устройства, что обеспечит возможность его использования без дополнительного контроля и обслуживания.
Для достижения этого предлагается конструкция энергетически автономного устройства для обнаружения возгораний, включающее температурный чувствительный элемент, источник неэлектрической энергии, преобразователь неэлектрической энергии в электрическую, электронный модуль для передачи сигнала в центр мониторинга для определения местоположения возгорания, в котором температурный чувствительный элемент состоит из материала, в котором при достижении температуры окружающей среды выше порогового значения возникает самораспространяющаяся экзотермическая реакция, источник неэлектрической энергии состоит из тепловыделяющегося материала, преобразователь неэлектрической энергии в электрическую представляет собой термоэлектрический генератор.
Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что температурный чувствительный элемент состоит из материала, в котором при достижении температуры окружающей среды выше порогового значения возникает самораспространяющаяся экзотермическая реакция, источник неэлектрической энергии состоит из тепловыделяющегося материала, преобразователь неэлектрической энергии в электрическую представляет собой термоэлектрический генератор.
Такая совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленные задачи и устранить недостатки способа-прототипа, а именно, данная конструкция энергетически автономного устройства для обнаружения возгораний при достижении температуры окружающей среды выше порогового значения позволяет обеспечить непрерывную работу электронного модуля передачи сигнала в течение более нескольких минут для успешного уведомления центра мониторинга о возгорании, обладает высокой надежностью, что позволяет работать в широком диапазоне температур от -80°С до +900°С, долговечностью, срок службы которого может превышать более 10 лет, является компактным, портативным и полностью энергетический автономной системой, не требующая дополнительного контроля и обслуживания.
На фиг. 1 приведено предлагаемое энергетически автономное устройство для обнаружения возгораний, где: 1 - чувствительный элемент; 2 - источник неэлектрической энергии; 3 - преобразователь неэлектрической энергии в электрическую; 4 - электронный модуль для передачи сигнала.
Проведенные патентные исследования показали, что совокупность признаков предлагаемого изобретения является новой, что доказывает новизну энергетически автономного устройства для обнаружения возгораний. Стоит отметить, что патентные исследования показали, что в научно-технических источниках отсутствуют данные, оказывающие влияние отличительных признаков заявляемого изобретения на достижение технического результата, что подтверждает изобретательский уровень предлагаемого устройства.
Настоящее изобретение позволяет устранить недостатки способа-прототипа, обеспечивая автономную и надежную работу устройства в более высоком температурном диапазоне, не требующее дополнительного контроля и обслуживания.
Пример. Энергетически автономное устройство для обнаружения возгораний представляет собой герметичный корпус, содержащий внутри термоэлектрический генератор. С горячей стороны термоэлектрического генератора располагается источник неэлектрической энергии, который состоит из тепловыделяющего материала на основе Ni-Al в виде цилиндра толщиной 2-5 мм и диаметром 2-3 см. В корпус через герметичное отверстие с подводом к тепловыделяющему элементу введен чувствительный элемент, который представляет собой шнур длинной 5-50 см и диаметром 1-2 мм, состоящий из композитного материала на основе поливинилденфторида и алюминия. К термоэлектрическому генератору подключен электронный модуль передачи сигнала, который передает сигнал и местоположение устройства в центр мониторинга в разрешенном диапазоне частот.
Данная конструкция энергетически автономного устройства для обнаружения возгораний при достижении температуры окружающей среды выше порогового значения позволяет обеспечить непрерывную работу электронного модуля передачи сигнала в течение более нескольких минут для успешного уведомления центра мониторинга о возгорании, обладает высокой надежностью, что позволяет работать в широком диапазоне температур от -80°С до +900°С, долговечностью, срок службы которого может превышать более 10 лет, является компактным, портативным и полностью энергетический автономной системой, не требующая дополнительного контроля и обслуживания.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации 2486594, опубл. 27.06.2013
2. Патент Российской Федерации 2457875, опубл. 10.08.2012
3. Патент Франции 3044802 А1, опубл. 12.04.2015
4. Патент Франции WO 2016151250 A1, опубл. 29.09.2016 - прототип
Энергетически автономное устройство для обнаружения возгораний, включающее температурный чувствительный элемент, источник неэлектрической энергии, преобразователь неэлектрической энергии в электрическую, электронный модуль для передачи сигнала в центр мониторинга для определения местоположения возгорания, отличающееся тем, что температурный чувствительный элемент состоит из материала, в котором при достижении температуры окружающей среды выше порогового значения возникает самораспространяющаяся экзотермическая реакция, источник неэлектрической энергии состоит из тепловыделяющего материала, преобразователь неэлектрической энергии в электрическую представляет собой термоэлектрический генератор.
