一种超声灭火器的制造方法
【专利摘要】一种超声灭火器，包括安装在基座筒上的带有接线端口的换能器，换能器通过接线端口与外设的超声信号发生器相连，在基座筒内位于换能器的发射端安装有带发射锥筒的变幅杆，在基座筒末端位于变幅杆后端的发射锥筒上安装有聚能罩，基座筒外侧还安装有反射盘；本发明采用锥筒形发射端，其内表面不但产生超声波，而且还可以反射对面发射的超声波，集发射与反射作用于一体；聚能罩将发射锥筒下半部分发射的超声波反射向前方，这样收集了所有向前发射的声波。反射罩将发射锥筒向后、向外发射的超声波反射向前传播。这样便将发射端各面所有发射的超声能量集中到前方平行发射，比不加聚能罩和反射盘时向前传播的有效声能和有效作用面积均提高8倍。
【专利说明】
一种超声灭火器
技术领域
[0001]本发明属于消防器材领域，具体涉及一种超声灭火器。
【背景技术】
[0002]声音在空气中以纵波的形式传播，由此，会改变介质的疏密程度，使空气形成压缩状态和稀疏状态，从而造成原来大气静压力的增加或减少，由此产生声压。压缩状态的声压值是正值，稀疏状态的声压是负值。这个传播过程只是能量的传递过程，而不发生质量的传递，空气分子不能发生直接位移，而是在平衡位置附近振动。因此，声音对燃烧现象产生以下三种效果:(I)气体分子的纵向振动对气体状态的火焰面起到撕扯作用，当振幅较小时这可以增强火焰面附近的传热传质过程，促进燃烧的传播，而当振幅较大时则可以将火焰振灭；(2)均匀分布的空气分子在声波的影响下会呈现疏密分布，使火焰区域氧气浓度疏密不均。在低密度的区域，由于燃烧条件的缺失，火焰会自动熄灭；(3)产生的声压以声速连续拍击燃烧火焰或固体表面，产生冷却和扑打的效果。在三种效果同时作用下，声波可以将火焰和暗火同时扑灭。本发明超声灭火器就是利用大功率超声换能器定向发射高分贝声波，直接照射着火区域，迅速将火焰和暗火扑灭。
[0003]超声灭火就是一项新型灭火技术。超声波具有方向性好、穿透能力强，易于获得较集中的声能等特点。超声波在①超声检验、②超声处理和③分子声学基础研究等领域的应用非常广泛，而对超声灭火方面的研究信息，却罕见报道。美国军方组织DAPRA曾于2008年开发过一款声波灭火产品，其声波参数和后续应用情况未知。2015年，美国乔治梅森大学的Viet Tran和Seth Robertson发明了一种扬声器灭火器，设备由一个大号音响和一个随身终端组成，发出的声波频率是30-60HZ之间的低频波。目前该发明还在原型阶段，只能扑灭一些小火种，还有很多技术问题需要克服。2008年，消防技术与产品信息报到过日本一种超声波灭火训练器，对于其有关详细信息却未见报道。在国内，2007年，吴建勋从理论上探讨了超声波灭火的可行性。20 11年，刘益民等获得一种超声雾化灭火器专利授权(CN1012294188.2011.05.)，该灭火器原理是用超声首先将水雾化，然后用水汽灭火，其灭火介质为水，超声波起到强化水对灭火的作用。
[0004]超声灭火技术之所以没有得到实际应用，与超声振子变幅杆头发射的超声波不聚能有很大关系。超声振子由换能器和变幅杆两部分组成。变幅杆的作用是将换能器产生的高频纵向振动幅值放大，并将该振动传递到空气中。对于T型头变幅杆，其所发射超声波具有15°左右的散射角，因此，理论上在其前方10倍T型发射端面直径处，超声波面能量密度即降低至初始的7.5%。这导致超声能量迅速衰减。若用于灭火，其有效作用距离总体一般不超过lm，不具备实用价值。对于凹面发射端，由于发射端当地振动为厚度方向振动，因此凹面类似凹面镜聚光，它也具有聚声的作用，但其有效作用距离不超过其焦距。考虑到变幅杆发射端面直径为一般在数厘米量级上，其有效持能距离最远不过数十厘米，用于灭火也有局限性。对于锥面发射端，其大部分声能直接向锥面的垂向发射，而没有向正前方发射，因此发射端前方所获得能量有限，不能用于远距离灭火。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于克服以上现有技术的缺点，提供一种能量大、能量密度高、作用面积大、声音指向性好、声能衰减慢、作用距离长的超声灭火装置。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:包括安装在基座筒上的带有接线端口的换能器，换能器通过接线端口与外设的超声信号发生器相连，在基座筒内位于换能器的发射端安装有带发射锥筒的变幅杆，在基座筒末端位于变幅杆后端的发射锥筒上安装有聚能罩，基座筒外侧还安装有反射盘。
[0007]所述的换能器采用300W，20kHz压电陶瓷超声换能器，产生200dB超声波。
[0008]所述的带发射锥筒的变幅杆为超声发射端，其末端发射锥筒采用60°内空的锥台结构，内外锥台形成一个有顶面无底面的锥筒结构。
[0009]所述的聚能罩紧接着变幅杆的发射锥筒，为60°锥筒结构，其锥边长度与变幅杆锥筒底面直径I相等。
[0010]所述的反射盘为120°锥面结构，其顶部为圆筒状套装在在基座筒上并可沿基座筒前后移动。
[0011]所述的换能器外侧还安装有保护换能器与方便人持握作用，或者便于安装在其他装置上的换能器罩。
[0012]本发明采用锥筒形发射端，其内表面不但产生超声波，而且还可以反射对面发射的超声波，集发射与反射作用于一体;聚能罩将发射锥筒下半部分发射的超声波反射向前方，这样收集了所有向前发射的声波。反射盘将发射锥筒向后、向外发射的超声波反射向前传播。这样便将发射端各面所有发射的超声能量集中到前方平行发射，比不加聚能罩和反射盘时向前传播的有效声能和有效作用面积均提高8倍。
[0013]另外，发射端内表面发射的声波无论有无经过内表面反射，由于其传播距离相同，所以相位相同。背面所发射超声同理，也同相。通过改变反射盘的位置调整反射声波的传播距离，可以将正向和背向发射、反射的声波调整至同相位，从而将方向分散的声波调整为一束平行的平面波。使超声有效作用距离大幅增加。
[0014]与传统灭火器相比，本发明声波灭火器具有以下优点:①反应迅速，可做到触发即消灭，可快速控制火势发展;②穿透力强，声波可直达多层纤维类可燃物下方，直接扑灭暗火;③灭火过程清洁，不产生粉尘二次污染;④不需要灭火剂等耗材，不存在灭火器罐体爆炸的安全隐患;⑤体积小，重量轻，安装方便，操作灵活，维护方便，成本低廉;⑥组成自动寻的灭火系统后还可以实现灭火过程远程控制，等等。因此，在如飞机机舱、空间站内等有限密闭空间内使用超声灭火，可以极大地提高飞行安全系数，具有十分广阔的应用前景。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的整体结构示意图。
[0016]图2是本发明原理图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
[0018]参见图1，本发明包括安装在基座筒5上的带有接线端口I的换能器7，换能器7通过接线端口 I与外设的超声信号发生器相连，换能器7外侧还安装有保护换能器与方便人持握作用，或者便于安装在其他装置上换能器罩2，在基座筒5内位于换能器7的发射端安装有带发射锥筒的变幅杆6，带发射锥筒的变幅杆6为超声发射端，其末端发射锥筒采用60°内空的锥台结构，内外锥台形成一个有顶面无底面的锥筒结构，在基座筒5末端位于变幅杆6后端的发射锥筒上安装有聚能罩4，聚能罩4紧接着变幅杆6的发射锥筒，为60°锥筒结构，其锥边长度变幅杆6锥筒底面直径I相等，基座筒5外侧还安装有反射盘3，反射盘为120°锥面结构，其顶部为圆筒状套装在在基座筒5上并可沿基座筒5前后移动。
[0019]本发明的换能器采用300W，20kHz压电陶瓷超声换能器，产生200dB超声波。
[0020]本发明的超声波的产生。超声信号发生器(外配)产生的高频高能正弦信号通过接线端口 I输送至换能器7，换能器7的压电陶瓷在正弦电压的作用下产生周期性形变，从而产生高频振动。该振动幅值经变幅杆6放大后，经发射端传递给空气介质，引起空气振动并向外传播，即产生超声波。
[0021]超声波的直射与反射。由于变幅杆6发射端传递的振动沿其发射面的法向，而发射端的形状为平顶锥筒状，因此平顶振动产生的超声波径直朝前传播;其内锥面的振动产生的超声波法向向外传播，该超声波传播至对面由发射端和聚能罩共同形成的内锥面时，产生反射，反射后方向朝前。如图2所示，经过锥面自身反射，就将所有前振动面发射的声流整流至向前传播。
[0022]背面超声的收集。锥筒发射端背面也向外发射超声波，但这部分超声波一般都被忽略了。本发明所设计锥筒反射盘可以方便地将发射端背面发射的超声波整向至朝前传播，如图2所示，有效收集了另一半发射能量。通过改变反射盘的位置可以调整反射声波的传播距离，从而反射后声波的相位与发射端内表面正向发射声波的相位同相。这样，就将发射端发射的各向发散的声波调整为一束相位相同、正向发射的平行声波。
[0023]换能器罩的功能。换能器罩在保证将换能器盖住的前提下，可以做成任意形状。因此根据用途不同有很大的扩展设计空间。比如做成长筒状便于用手握持，加装螺栓等连接部件可以安装在其他延伸设备上，如延长杆、自动寻的执行器等。
[0024]本发明的锥筒状发射端，内表面集发射与反射功能于一体，外表面发射声波易于收集;发射端前筒加装聚能罩，可以收集内发射面耗散的75%的能量;反射盘可以收集发射端发出的另外50%的能量;发射端、聚能罩和反射盘共同形成了一束正向同相传播的高能超声波，使有效传播距离提高至未加聚能罩和反射盘时的8倍。
【主权项】
1.一种超声灭火器，其特征在于:包括安装在基座筒(5)上的带有接线端口(I)的换能器(7)，换能器(7)通过接线端口(I)与外设的超声信号发生器相连，在基座筒(5)内位于换能器(7)的发射端安装有带发射锥筒的变幅杆(6)，在基座筒(5)末端位于变幅杆(6)后端的发射锥筒上安装有聚能罩(4)，基座筒(5)外侧还安装有反射盘(3)。2.根据权利要求1所述的超声灭火器，其特征在于:所述的换能器(7)采用300W，20kHz压电陶瓷超声换能器，产生200dB超声波。3.根据权利要求1所述的超声灭火器，其特征在于:所述的带发射锥筒的变幅杆(6)为超声发射端，其末端发射锥筒采用60°内空的锥台结构，内外锥台形成一个有顶面无底面的锥筒结构。4.根据权利要求1或3所述的超声灭火器，其特征在于:所述的聚能罩(4)紧接着变幅杆(6)的发射锥筒，为60°锥筒结构，其锥边长度与变幅杆(6)锥筒底面直径I相等。5.根据权利要求1所述的超声灭火器，其特征在于:所述的反射盘(3)为120°锥面结构，其顶部为圆筒状，套装在在基座筒(5)上并可沿基座筒(5)前后移动。6.根据权利要求1所述的超声灭火器，其特征在于:所述的换能器(7)外侧还安装有保护换能器与方便人持握作用，或者便于安装在其他装置上的换能器罩(2)。
【文档编号】A62C3/00GK105833446SQ201610282224
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】魏衍举, 杨亚晶, 刘圣华, 李东华
【申请人】西安交通大学