охлаждающий состав для газогенератора

Формула изобретения

1. Охлаждающий состав для газогенератора, включающий карбонат металла I или II группы, гидроокись магния и/или основной карбонат магния, отличающийся тем, что дополнительно содержит борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гидроокись магния и/или основной карбонат магния - 20 - 60

Борная кислота - 10 - 20

Карбонат металла I или II группы - Остальное

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит бикарбонат натрия в количестве 10 - 55 мас.%.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит окись магния в количестве 10 - 40 мас.%.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит гидратированный сульфат кальция в количестве 10 - 25 мас.%.

5. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит катализаторы в количестве 1 - 30 мас.%.

6. Состав по п.5, отличающийся тем, что в качестве катализаторов используют окислы металлов переходной валентности.

7. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит окислитель в количестве 10 - 45 мас.%.

8. Состав по п.7, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют нитраты, перхлораты, перманганаты, хроматы щелочных металлов, или соли надугольной кислоты, или перекиси щелочноземельных металлов.

9. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит технологические добавки в количестве 0,5 - 3,0 мас.%.

10. Состав по п.9, отличающийся тем, что в качестве технологических добавок содержит стеараты щелочных или щелочноземельных металлов, или карбоксиметилцеллюлозу, или метилцеллюлозу, или желатин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области аэрозольного пожаротушения с помощью твердотопливных газогенераторов, в частности к составам для охлаждения аэрозоля, используемого для тушения пожара в сооружениях с замкнутыми объемами и в моторных, топливных, багажных отсеках и пассажирских салонах различных транспортных средств.

В качестве охладителей, как правило, используют жидкие или твердые вещества, испаряющиеся или термически разлагающиеся с большим поглощением тепла, охлаждающим рабочий поток газа.

Известен пат. США N 5609210, кл. МПК A 62 C 35/02, публ. 1977 г. "Способ и устройство для пожаротушения". В описании устройства приведен состав, которым заполняется камера газогенератора. Состав включает гидроксиды магния, кальция, стронция, бария, алюминия, карбонат магния, сульфат калия или их сплав.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании данного изобретения, следует отнести малую прочность образующихся в процессе прессования гранул охладителя (_сж < 0,5 кг/см²), что исключает его использование в условиях вибрационной эксплуатации в передвижных транспортных средствах. Недостаточная прочность в условиях вибрации приводит к разрушению гранул охладителя, что в свою очередь приведет к разрушению работающего газогенератора.

Известно изобретение по пат. РФ N 2118551, кл. МПК A 62 C 2/00, "Способ пожаротушения, устройство для его осуществления и система пожаротушения". В описании данного изобретения предлагается в качестве охладителя использовать вещества с эндотермическим эффектом разложения, выбранным из групп, включающих карбонаты или основные карбонаты металлов I, II, групп, фосфаты аммония и металлов I, II, групп, хлориды и сульфаты металлов I и II групп, оксиды или их смеси.

К причинам, препятствующим достижению необходимого технического результата при использовании данного изобретения, следует отнести низкую прочность образующихся гранул охладителя, низкую эффективность охлаждения газового потока аэрозоля, токсичность выделяемых газов, таких как аммиак, пары соляной кислоты, окиси азота, фосфора, угарный газ.

Известен пат РФ N 2072135, публ. 1977 г. "Способ тушения пожара и устройство для его осуществления" (заявка на изобретение РФ N 94020391, МПК A 62 C 3/00). Согласно способу охлаждение огнетушащего аэрозоля, образующегося при горении пиротехнического заряда, осуществляют взаимодействием его с веществами с высокой теплопоглощающей и газовыделяющей способностью, выбранными из ряда карбонатов, гидратов, гидрооксидов, оксалатов. Охлаждающие вещества формованы в виде гранул или таблеток. В табл. 2 описания изобретения приведены виды охлаждающих материалов.

К причинам, препятствующим достижению необходимого технического результата при использовании данного изобретения, следует отнести недостаточную прочность образующихся гранул, их повышенное влагопоглощение, низкую эффективность охлаждения, наличие при их разложении агрессивных газов - аммиака, угарного газа, а также невозможность доокисления выделяющегося угарного газа в двуокись углерода.

Наиболее близким техническим решением к заявленному составу по совокупности существенных признаков является охлаждающий состав, представленный в описании патента N 2072135 "Способ тушения пожара и устройство для его осуществления", который и выбран в качестве прототипа.

Таким образом, актуальной является задача создания высокоэффективного охладителя, обладающего большой теплопоглощающей способностью, позволяющего изготавливать из него методом глухого прессования гранулы или таблетки, обладающие большой прочностью, малой истираемостью, низкой влагопоглощающей способностью, что позволяет использовать его в газогенераторах огнетушащего аэрозоля (ГОА), эксплуатируемых в условиях динамических и вибрационных перегрузок транспортных средств различного назначения.

Вместе с тем создание охладителя, способного дополнительно снизить содержание окиси углерода, образующейся в результате срабатывания аэрозольных шашек, позволит применять ГОА в жилых помещениях и пассажирских салонах транспортных средств.

На решение поставленной задачи направлено предлагаемое изобретение.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в обеспечении высокой эффективности охладителя, его способности к цементированию с достижением высоких прочностных характеристик изготавливаемых таблеток (до 1,6 - 2,1 МПА). Конечный продукт обладает устойчивостью к вибрационным и динамическим перегрузкам, а также повышенной влагостойкостью.

Охладитель, помимо снижения температуры газового потока, снижает содержание угарного газа.

Для снижения гидродинамического сопротивления газовому потоку используются таблетки охладителя диаметром от 5 до 20 мм толщиной от 3 до 15 мм, при отношении диаметра таблетки к радиусу сферы ее торца - d/r от 0,05 до 1,3.

Указанный технический результат при использовании предлагаемого изобретения достигается тем, что охлаждающий состав для газогенератора, включающий карбонат металла I или II группы, гидроокись магния и/или основной карбонат магния, отличается тем, что дополнительно содержит борную кислоту, при следующем соотношении компонентов мас.%:

Гидроокись магния и/или основной карбонат магния - 20 - 60

Борная кислота - 10 - 20

Карбонат металла I или II группы - Остальное

При этом для более глубокого охлаждения газов состав может дополнительно содержать бикарбонат натрия в количестве 10-55 мас.%.

Для предотвращения оплавления охладительных элементов, находящихся непосредственно в зоне горения состав дополнительно может содержать окись магния в количестве 10-40 мас.%.

При формировании из предлагаемого состава таблеток повышенной прочности и низкой влагопоглощаемости в охлаждающий состав предпочтительно ввести гидратированный сульфат кальция в количестве 10 -25 мас.%.

При необходимости значительно ускорить процесс окисления окиси углерода дополнительно можно ввести в охлаждающий состав катализаторы в количестве 1-30 мас.%.

При этом предпочтение отдают окислам металлов переходной валентности.

Для дополнительного окисления выделяющейся в газовом потоке окиси углерода в двуокись углерода охлаждающий состав может содержать окислитель в количестве 10-45 мас.%, при этом в качестве окислителя предпочтительно использовать нитраты, перхлораты, перманганаты, хроматы щелочных металлов или соли надугольной кислоты или перекиси щелочноземельных металлов.

Также состав может дополнительно содержать технологические добавки в количестве 0,5 - 3,0 мас.%, в качестве которых предпочтение отдается стеаратам щелочных или щелочноземельных металлов, карбоксиметилцеллюлозе или метилцеллюлозе или желатину. Это позволяет повысить сыпучесть смесей порошков, устранить их комкование, облегчить процесс прессования, снизить внешнее трение таблетки. При этом улучшается внешний вид таблетки (появляется блеск), уменьшается процент брака.

При необходимости предварительной грануляции смеси компонентов охладителя, что позволит дополнительно увеличить его сыпучесть при прессовании, в состав смеси дополнительно вводят карбоксиметилцеллюлозу или метилцеллюлозу или желатин. При этом дополнительно повышается прочность таблеток, их устойчивость к вибро- и динамическим нагрузкам.

Признаки, приведенные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного технического результата, то есть являются существенными.

Предложенное изобретение не известно из доступных источников информации, явным образом не следует из уровня техники и при этом является промышленно применимым в качестве охлаждающего состава для газогенератора, то есть соответствует всем критериям патентоспособности по действующему законодательству.

Перечень используемых компонентов для приготовления охлаждающего состава для газогенератора приводится ниже.

основной карбонат магния ГОСТ 6419-78

m MgCO₃ Mg(OH)₂ nH₂O

n=3, 4

n=3,4,5,.6

бикарбонат натрия NaHCO₃ ГОСТ 2156-76

гидроокись магния Mg(OH)₂ ГОСТ 6-09-3759-86

карбонат магния MgCO₃ ГОСТ 3244-76

карбонат кальция CaCO₃ ГОСТ 3189-76

карбонат натрия Na₂CO₃ ГОСТ 2156-76

борная к-та H₃BO₃ ГОСТ 9656-75

окись магния MgO ГОСТ 1216-87

окись меди CuO ГОСТ 16539-79

двуокись марганца MnO₂ ГОСТ 4470-79

перхлорат калия KClO₄ ГОСТ 6-09-675-78

нитрат калия KNO₃ ГОСТ 19709-74

гидратированный сульфат ТУ 21-31-19-77

кальция CaCO₄0.5H₂O

карбоксиметилцеллюлоза ТУ 6-09-10-1814-87

метилцеллюлоза ТУ 6-05-1857-78

стеарат натрия ТУ 6-09-17-275-90

Пример приготовления охлаждающего состава для газогенератора.

В системе объемного типа обычным способом готовят тонкоизмельченную смесь из необходимых компонентов, взятых в определенном количественном отношении. Количественный и качественный состав компонентов по каждому предлагаемому примеру приведен в табл. 1.

Из полученной смеси методом глухого прессования при давлении порядка 100,0 МПа изготавливают таблетки массой 0,2 - 2,0 г, диаметром 5 - 20 мм толщиной 3 - 10 мм. Затем таблетки охладителя в количестве порядка 250 г помещают в корпус пожаротушащий газогенератора с зарядом аэрозолеобразующего топлива массой заряда 250 г. Температура продуктов сгорания заряда составляет 1250-1350^oC.

Испытания всех образцов проводились в одинаковых условиях. Описание испытаний, проводимых с таблетками охладителя, результаты которых приведены в табл. 2, представлено ниже.

В качестве установки для испытаний использован промышленно изготавливаемый генератор огнетушащего аэрозоля Допинг-2 (ТУ 4854-001-17191106-95).

Высота слоя охладителя - 75 мм

Расход продуктов сгорания - 10-12 г/с.

Замер температуры производился хромкапелевой термопарой с записью на осциллографе.

Виброиспытания проводились на вибростенде с максимальной перегрузкой 20 g, а также сброс с высоты 9 м (испытания на эксплуатационные и транспортные перегрузки).

Изучение прочностных характеристик таблеток, получаемых методом глухого прессования проводилось по стандартной методике, разработанной во ВНИИХФ на приборе ПИТ-2. Определялось единичное усилие разрушения таблетки "на ребро".

Определение содержания угарного газа (CO) в составе аэрозоли проводилось в боксе, в который помещался генератор. При работе генератора в боксе создавалась пожаротушащая концентрация. Затем производился отбор газовой пробы и на приборе газоанализаторе CO-CH (автотест) определялось содержание CO.

Для определения влагопоглощения таблетки охладителя помещались в эксикатор, в котором создавалась 100% влажность. Затем с интервалом в 24 часа контролировался прирост веса таблеток и расчитывалось влагопоглощение.

В табл. 1 представлены качественные и количественные соотношения компонентов, причем примеры 1-3 отражают охлаждающий состав, приготовленный в соответствии с п.1 формулы изобретения, в примерах 4-25 предоставлены возможные варианты составов, приготовленные с добавлением компонентов, указанных в зависимых пунктах формулы изобретения, а пример 26 отражает композицию охлаждающего состава с полным использованием всех возможностых компонентов, согласно предложенной формуле изобретения.

Сравнительные результаты испытаний образцов таблеток, изготовленных из указанных составов, позволяют сделать вывод, что по температуре газа на выходе, прочности таблетки, содержанию окиси углерода предлагаемое техническое решение превосходит эти же параметры прототипа (таблица 2).

При уменьшении количественных соотношений компонентов в охлаждающем составе по сравнению с теми, которые указаны в независимом пункте формулы изобретения значительно снижается охлаждающая способность состава, а увеличение количественного содержания выше указанного значения приводит в частности к образованию большого количества плавких продуктов и как следствие к слипанию элементов охладителя при работе генератора.

Количественные соотношения всех остальных компонентов подбирались экспериментальным путем и оптимальные соотношения, при которых достигается лучший технический результат, указаны в формуле изобретения.

При реализации предлагаемого состава охладителя обеспечивается повышенный срок хранения, экономичность, простота в эксплуатации и отсутствие дефицитного сырья, а изделие (таблетки) из него могут изготавливаться на существующем прессовом оборудовании и представляют интерес для широкого использования в газогенерирующих устройствах различного типа.

Из вышеизложенного следует, что заявленное техническое решение направлено на решение поставленной задачи и при этом соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.