система обнаружения и подавления пламени с использованием термоэлектрического генератора

Формула изобретения

1. Система защиты от взрыва и/или пожара для использования с технологическим оборудованием, содержащая:

по меньшей мере, один детектор для сигнализации об обнаружении пламени внутри технологического оборудования, причем, по меньшей мере, один детектор содержит две противоположные подложки и множество пар термоэлектрических ветвей, расположенных между ними, при этом, по меньшей мере, один детектор предназначен для генерирования электрического сигнала в ответ на перепад температур между подложками, создаваемый дефлаграционной волной;

процессор для приема и анализа электрического сигнала от, по меньшей мере, одного детектора; и

устройство подавления, активируемое процессором в ответ на электрический сигнал от, по меньшей мере, одного детектора.

2. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один детектор имеет плотность расположения пар термоэлектрических ветвей, равную, по меньшей мере, 40 парам ветвей/мм².

3. Система по п.2, в которой, по меньшей мере, один детектор имеет плотность расположения пар термоэлектрических ветвей, равную, по меньшей мере, 75 парам ветвей/мм².

4. Система по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один детектор имеет время срабатывания на дефлаграционную волну меньше 10 мс.

5. Система по п.3, в которой время срабатывания меньше 5 мс.

6. Система по п.4, в которой упомянутое время срабатывания меньше 2,5 мс.

7. Система по п.1, в которой устройство подавления содержит химический подавитель, который вводится в технологическое оборудование для подавления пожара или взрыва, изолирующий клапан для изоляции частей технологического оборудования или их комбинацию.

8. Система по п.1, в которой каждая из подложек имеет толщину меньше 600 мкм (микрон).

9. Система по п.7, в которой каждая из подложек имеет толщину меньше 500 мкм.

10. Система по п.8, в которой каждая из подложек имеет толщину меньше 250 мкм.

11. Система по п.1, в которой сигнал от датчика не требует усиления перед тем, как быть принятым процессором.

12. Система по п.11, в которой сигнал от датчика преобразуется в логометрический выходной сигнал тока для передачи процессору, причем логометрический выходной сигнал тока преобразуется назад в аналоговое напряжение перед тем, как быть принятым процессором.

13. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, один детектор размещается внутри области технологического оборудования, которая подвергается окружающему свету.

14. Способ обнаружения дефлаграционной волны внутри технологического оборудования, содержащий этап, на котором помещают внутрь технологического оборудования, по меньшей мере, один детектор, содержащий две противоположные подложки и множество пар термоэлектрических ветвей, расположенных между ними, при этом, по меньшей мере, один детектор генерирует электрический сигнал в ответ на перепад температур, создаваемый дефлаграционной волной.

15. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один детектор имеет плотность расположения пар термоэлектрических ветвей, равную, по меньшей мере, 40 парам ветвей/мм².

16. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один детектор имеет время срабатывания на дефлаграционную волну меньше 10 мс.

17. Способ по п.14, в котором каждая из подложек имеет толщину меньше 600 мкм.

18. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один детектор помещают внутри области технологического оборудования, которая подвергается окружающему свету.

19. Способ по п.14, в котором, по меньшей мере, один детектор помещают внутри области технологического оборудования, которая смежна с отверстием в окружающую среду с внешней стороны оборудования.

20. Способ по п.14, в котором электрический сигнал, генерируемый упомянутым, по меньшей мере, одним детектором, используют, чтобы активизировать устройство подавления.

21. Способ по п.20, в котором устройство подавления содержит химический подавитель для подавления пожара или взрыва, который вводят в технологическое оборудование, изолирующий клапан для изоляции частей технологического оборудования или их комбинацию.

22. Способ защиты технологического оборудования от пожара и/или взрыва, содержащий этапы, на которых:

помещают, по меньшей мере, один детектор внутрь технологического оборудования, при этом, по меньшей мере, один детектор содержит две противоположные подложки и множество пар термоэлектрических ветвей, расположенных между ними;

используют, по меньшей мере, один детектор для обнаружения присутствия дефлаграционной волны, при этом, по меньшей мере, один детектор генерирует электрический сигнал в ответ на перепад температур между подложками, создаваемый дефлаграционной волной, и

передают электрический сигнал блоку управления, содержащему процессор, при этом процессор принимает электрический сигнал и в ответ приводит в действие устройство подавления.

23. Способ по п.22, в котором, по меньшей мере, один детектор имеет плотность расположения пар термоэлектрических ветвей, равную, по меньшей мере, 40 парам ветвей/мм².

24. Способ по п.22, в котором, по меньшей мере, один детектор имеет время реакции на дефлаграционную волну меньше 10 мс.

25. Способ по п.22, в котором каждая из подложек имеет толщину меньше 600 мкм.

26. Способ по п.22, в котором, по меньшей мере, один детектор помещают внутри области технологического оборудования, которая подвергается окружающему свету.

27. Способ по п.22, в котором, по меньшей мере, один детектор помещают внутри области технологического оборудования, которая смежна с отверстием в окружающую среду с внешней стороны оборудования.

28. Способ по п.22, в котором устройство подавления содержит химический подавитель, который вводят в технологическое оборудование, изолирующий клапан или их комбинацию.

Описание изобретения к патенту

По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США номер 61/078131, поданной 3 июля 2008 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом направлено на использование устройств Зеебека в системах предотвращения взрыва и подавления пожара. Обычно устройства Зеебека размещаются внутри технологического оборудования, такого как резервуары и соединяющие трубопроводы и используются для обнаружения фронта пламени взрыва. После обнаружение фронта пламени система активизирует механизм подавления, который, например, высвобождает подавляющий реагент или закрывает клапаны, чтобы предотвратить распространение пожара или взрыва в окружающее или взаимосвязанное оборудование.

Предшествующий уровень техники

Взрывы пыли являются, к несчастью, настоящей проблемой при обработке горючих материалов. Во многих случаях эффективность системы подавления взрыва зависит от типа вовлеченной пыли.

Традиционные системы подавления взрывов обычно используют оптические датчики, чтобы "визуально" обнаруживать пламя внутри технологического оборудования. Оптические датчики, которые в основном обычно обнаруживают инфракрасное излучение, являются довольно простыми и недорогими устройствами. Оптические датчики имеют преимущество, заключающееся в том, что они имеют короткое время срабатывания, однако эти датчики также демонстрируют некоторые значительные недостатки. Оптические датчики могут подвергаться "паразитному" излучению, таким образом, они не могут использоваться в или около выхода труб, где датчики могут быть подвергнуты естественному освещению. Кроме того, датчики могут быть "ослеплены" пылью, сгенерированной внутри технологического оборудования.

Можно также использовать датчики давления, чтобы обнаружить фронт давления, сгенерированный взрывом. Однако в большей степени как и оптические датчики, датчики давления не работают хорошо в или около выхода каналов, поскольку фронты давления не могут проявляться.

Ионизационные датчики, которые традиционно используются в различных типах датчиков дыма, также имеют определенные недостатки. Известно, что ионизационные датчики не измеряют непосредственно пламя и имеют ограниченную устойчивость к условиям использования.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте осуществления настоящее изобретение направлено на систему защиты от взрывов и/или пожара для использования с технологическим оборудованием. Система содержит, по меньшей мере, один детектор для сигнализации об обнаружении пламени внутри технологического оборудования. По меньшей мере, один детектор содержит две противоположные подложки и множество пар термоэлектрических ветвей, расположенных между ними. По меньшей мере, один детектор генерирует электрический сигнал в ответ на перепад температур между подложками, создаваемый дефлаграционной волной. Система также содержит процессор для приема и анализа электрического сигнала, по меньшей мере, от одного детектора, и устройство подавления, активируемое процессором в ответ на электрический сигнал, по меньшей мере, от одного детектора.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ обнаружения дефлаграционной волны внутри технологического оборудования. Способ содержит этап, на котором помещают внутрь технологического оборудования, по меньшей мере, один детектор, содержащий две противоположные подложки и множество пар термоэлектрических ветвей, расположенных между ними. По меньшей мере, один детектор генерирует электрический сигнал в ответ на перепад температур, создаваемый дефлаграционной волной.

В еще одном варианте осуществления согласно настоящему изобретению предложен способ защиты технологического оборудования от пожара и/или взрыва. Способ содержит этапы, на которых помещают, по меньшей мере, один детектор внутрь технологического оборудования, при этом, по меньшей мере, один детектор содержит две противоположные подложки и множество пар термоэлектрических ветвей, расположенных между ними. Используют детектор для обнаружения присутствия дефлаграционной волны посредством того, что генерируют электрический сигнал в ответ на перепад температур между подложками, создаваемый дефлаграционной волной. Передают сигнал блоку управления, содержащему процессор. Процессор принимает сигнал и активирует устройство подавления в ответ на это.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

фиг.1 изображает датчик Зеебека, который может использоваться в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 изображает принципиальную схему пары термоэлетрических ветвей, которая иллюстрирует эффект Зеебека;

фиг.3 изображает принципиальную схему системы подавления пожара/взрыва, использующей датчик Зеебека;

фиг.4 изображает общий вид устройства датчика Зеебека для использования в системе подавления пожара/взрыва;

фиг.5 изображает вид в крупном плане части устройства по фиг.4, содержащей датчик Зеебека;

фиг.6 изображает диаграмму, иллюстрирующую время срабатывания при ламинарных условиях для "стандартного" устройства TEG, которое может использоваться с настоящим изобретением;

фиг.7 изображает диаграмму, иллюстрирующую время срабатывания при ламинарных условиях для устройства TEG «уменьшенной толщины», которое может использоваться с настоящим изобретением;

фиг.8 изображает диаграмму, сравнивающую время срабатывания для двух устройств TEG и традиционного оптического детектора пламени;

фиг.9 изображает диаграмму, иллюстрирующую время срабатывания при турбулентных условиях для "стандартного" устройства TEG, которое может использоваться с настоящим изобретением;

фиг.10 изображает диаграмму, иллюстрирующую время срабатывания реакции при турбулентных условиях для устройства TEG «уменьшенной толщины», которое может использоваться с настоящим изобретением;

фиг.11 изображает диаграмму, сравнивающую скорость и амплитуду сигнала, сгенерированного от устройств TEG при ламинарных условиях; и

фиг.12 изображает диаграмму, сравнивающую скорость и амплитуду сигнала, генерированного от устройств TEG при турбулентных условиях.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Детекторы для использования с настоящим изобретением известны как термоэлектрические генераторы (TEG), датчики Зеебека или охладители на основе эффекта Пельтье, термины используются взаимозаменяемо ниже. TEG, используемые в соответствии с настоящим изобретением, используют для достижения положительного результата эффекта Зеебека, который является преобразованием перепада температур прямо в электричество. Напряжение, термоэлектрическая ЭДС, создается при наличии перепада температур между двумя различными металлами или полупроводниками и может использоваться для создания постоянного тока. Эффекту Зеебека противопоставляется эффект Пельтье, который производит охлаждение, если термоэлектрическое устройство оснащается источником энергии.

В определенных вариантах осуществления TEG содержат сотни микроразмерных термопар (причем каждая термопара содержит индивидуальную пару термоэлетрических ветвей), расположенных между двумя противоположными подложками. Примерное устройство TEG проиллюстрировано на фиг.1 и описано более подробно ниже. Эти устройства выполнены с возможностью преобразования перепадов тепла между верхней и нижней поверхностью или подложкой в электрические токи. Фиг.2 схематично изображает примерную пару термоэлектрических ветвей и генерацию напряжения из-за перепада температур между "горячими" и "холодными" сторонами устройства. Результирующее напряжение может быть использовано, чтобы произвести ток, который проходит через нагрузку.

Как показано на фиг.1, устройство TEG 2 содержит пару противоположных кремниевых подложек 3 и 4. Между подложками 3 и 4 в виде прослойки находится множество отрицательных ветвей 5 и положительных ветвей 6, которые содержат один или более материалов, выбранных из группы, состоящей из висмута (Bi), сурьмы (Sb), теллура (Те) и селена (Se). В конкретных вариантах осуществления ветви содержат материалы Bi₂Te₃. Ветви соединяются с положительным контактом 7 или отрицательным контактом 8, соответственно. Примерные устройства TEG, которые могут быть использованы с настоящим изобретением, доступны от Micropelt GmbH, Фрайбург, Германия.

Плотность пар термоэлетрических ветвей на устройстве TEG может также воздействовать на эффективность устройства для использования при обнаружении дефлаграционных волн. В определенных вариантах осуществления TEG содержат, по меньшей мере, 40 пар термоэлетрических ветвей на квадратный миллиметр. В других вариантах осуществления TEG содержат, по меньшей мере, 75 пар ветвей/мм², в еще одних вариантах осуществления, по меньшей мере, 100 пар ветвей/мм² и в еще одних вариантах осуществления, по меньшей мере, 150 пар ветвей/мм². В одном особенно предпочтительном варианте осуществления TEG содержат приблизительно 77 пар ветвей/мм². В альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения TEG присутствуют в плотности от приблизительно 40 до приблизительно 500 пар ветвей/мм², или от приблизительно 50 до приблизительно 400 пар ветвей/мм², или от приблизительно 70 до приблизительно 300 пар ветвей/мм².

В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения TEG являются очень тонкими, микроразмерными устройствами с каждой подложкой, представляющей плоскую область восприятия (то есть область TEG, которую занимают пары термоэлетрических ветвей) меньшей, чем 25 мм². В одном предпочтительном варианте осуществления плоская область восприятия каждой подложки составляет около 6,25 мм². Каждая подложка также имеет толщину меньше 600 мкм. В определенных вариантах осуществления эта толщина составляет меньше 500 мкм, или меньше 250 мкм, или меньше приблизительно 200 мкм. В других вариантах осуществления толщина подложки находится от приблизительно 1 до приблизительно 600 мкм, или от приблизительно 5 до приблизительно 500 мкм, или от приблизительно 10 до приблизительно 250 мкм. Таким образом, TEG могут быть незаметно использованы фактически в любом месте внутри технологического оборудования.

Физические размеры TEG способствуют чрезвычайно низкому времени срабатывания, обеспечиваемому таким образом. Под "временем срабатывания" понимается время для достижения TEG своего пикового выходного значения от нуля. TEG для использования с настоящим изобретением обычно демонстрируют время срабатывания меньше 10 мс. В конкретных вариантах осуществления время срабатывания может оказаться меньше 5 мс или даже меньше приблизительно 2,5 мс. В еще одних вариантах осуществления время срабатывания может быть от приблизительно 0,01 до приблизительно 0 мс, или от приблизительно 0,1 до приблизительно 5 мс, или от приблизительно 0,5 до приблизительно 2,5 мс. Один частный вариант осуществления TEG для использования с настоящим изобретением представляет собой толщину подложки 210 мкм и время детектирования приблизительно 2,2 мс. Это контрастирует многим традиционным датчикам теплового потока, которые демонстрируют время срабатывания порядка 10 мс или больше.

Фиг.3 схематично изображает использование датчика Зеебека в примерной системе подавления пожара/взрыва. Технологическое устройство 10 располагается внутри здания 12 и включает в себя трубу 14 (обычно канал или трубопровод), чтобы обеспечить вентиляцию технологического устройства в окружающую здание 12 атмосферу. Заметим, что в альтернативных вариантах осуществления труба 14 могла бы действующим образом соединить устройство 10 с дополнительным технологическим оборудованием. Система 16 подавления пожара/взрыва содержит датчик 18 Зеебека, установленный вблизи выхода 20 из трубы 14, и традиционный инфракрасный или оптический детектор 22, установленный вблизи у входа трубы 14. Как датчик 18 Зеебека, так и инфракрасный детектор 22 соединены с контроллером 24. Соединение между датчиком 18, детектором 22 и контроллером 24 может быть проводным или беспроводным в зависимости от конкретного применения. Устройство 26 подавления пожара/взрыва также располагается на трубе 14 и соединено с контроллером 24. Как показано, устройство 26 подавления является контейнером, вмещающим в себя реагент подавителя (включая воду, порошковые и газовые подавители или их сочетания, но не ограничено этим), и соединяется с трубой 14 для ввода реагента подавителя туда же. Понятно, что устройство 26 подавления может содержать альтернативные устройства, включающие в себя механический изолирующий клапан (включая запорные клапаны высокой скорости, клапаны защемления или другие быстродействующие клапаны, но не ограничиваясь этим) или химическую систему изоляции. Следует заметить, что дополнительные датчики по типу Зеебека и/или традиционные оптические детекторы или датчики давления могли быть установлены в различных местах по всему устройству, которое следует защищать. Дополнительно, датчики Зеебека не обязательно использовать совместно с другими типами датчиков, поскольку в пределах объема притязаний настоящего изобретения система 16 подавления содержит только датчики Зеебека.

Во время работы датчик Зеебека 18 и оптический детектор 22 постоянно пассивно осуществляют мониторинг трубы 14 на признаки, указывающие на неизбежный пожар или взрыв. Оптический детектор 22 используется, прежде всего, чтобы обнаружить присутствие или изменение в интенсивности инфракрасного света, например, в конкретном месте в трубе, который может указать неизбежный пожар или взрыва. Детектор 22, однако, не был бы эффективен в этой функции, если бы он был помещен в место около выхода 20, поскольку окружающий свет и, возможно, пыль или мусор, входящие в трубу 14 из окружающей среды вне здания 12, могут создавать помехи для детектора 22 обнаруживать и сигнализировать о проявлении пожара или взрыва. Датчик 18 Зеебека, однако, не имеет этих недостатков. Более того, датчик 18 выполнен с возможностью обнаруживать фронт пламени или дефлаграционную волну (по существу тепловую составляющую фронта пламени) на основании временного температурного градиента, который дефлаграционная волна создала бы между противоположными подложками датчика.

Пока фронт пламени или дефлаграционная волна проходит мимо и входит в контакт с датчиком 18 Зеебека внутри трубы 14, температурный градиент формируется между подложками датчика, таким образом, генерируя электрический ток или сигнал, который передается контроллеру 24. Электрический сигнал может или не может быть усилен по пути к контроллеру 24.

После детектирования сигнала, указывающего наличие фронта пламени или дефлаграционной волны внутри трубы 14, контроллер 24 может активизировать устройство 26 подавления, таким образом, высвобождая реагент подавителя в трубу 14, чтобы погасить пожар или подавить неизбежный взрыв. Как замечено выше, механическое или химическое оборудование изоляции может также использоваться вместо или в дополнение к реагенту подавителя устройства 26 подавления, чтобы препятствовать тому, чтобы пожар или взрыв распространились в другое присоединенное технологическое оборудование.

Устройства TEG противопоставляются устройствам термобатареи, которые используются, чтобы измерить тепловой поток. В отличие от термобатареи тонкопленочные термоэлектрические генераторы только производят электрический ток в ответ на динамический перепад температур. Как только перепад температур между противоположными сторонами устройства больше не существует, устройство больше не создает напряжение. Устройство TEG невосприимчиво к устойчивым повышенным температурам (высокие технологические температуры будут игнорироваться датчиком), поскольку устройство будет достигать теплового равновесия при повышенной температуре и только реагировать, когда эта температура изменяется быстро, как в случае взрыва или прохождения пламени. Это избавляет от необходимости в электронике, которая различает между собой устойчивые окружающие условия и быстро изменяющиеся окружающие условия.

Так как датчики Зеебека обычно формируются из последовательных проводных термопар, они демонстрируют те же самые подходящие уровни устойчивости EMI/RFI, которые являются характеристикой термопар. Кроме того, устройства TEG могут обнаружить характеристику характерных тепловых признаков пламени, не требуя линз для фокусировки. Не требуется никакого напряжения или тока возбуждения, так как датчик генерирует свою собственную энергию от теплоты, доступной от обнаруживаемого пламени. Как описано выше, устройства TEG в частности подходят, чтобы детектировать взрывы или пламя в неограниченных пространствах, где существенное давление не будет проявляться, таких как вентиляционные резервуары и выходы каналов/труб, и места внутри технологического оборудования, которые могут быть подвергнуты рассеянному свету (солнечному, флуоресцентному, ламп накаливания и т.д.).

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, и как показано на фиг.4 и 5, устройство 18 датчика в соответствии с настоящим изобретением содержит TEG 2, который присоединен к концу 28 штепселя 30, который обеспечивает опорное количество тепла, чтобы поддерживать почти постоянную температуру для TEG 2. Штепсель 30 сконфигурирован так, чтобы он мог быть установлен через боковую стену трубы 14. Когда устройство 18 датчика установлено, конец 28 подвергается воздействию внутренней части трубы 14 так, чтобы TEG 2 был в положении для обнаружения фронта пламени или дефлаграционной волны, что указывает на неизбежный пожар или взрыв. Часть TEG 2, которая не подвергается воздействию внутренней части трубы 14, может, необязательно, быть покрыта высоко теплопроводящей и электрически изоляционной эпоксидной смолой. Эпоксидная смола обеспечивает тепловое и структурное соединение между штепселем 30 и TEG 2. Штепсель 30 также содержит резьбу 32, чтобы облегчить крепление штепселя 30 к трубе 14. Также содержится шестигранный сегмент 34 так, чтобы можно было использовать гаечный ключ, чтобы помочь прикрепить штепсель 30 к трубе 14. Кабель 36 проходит от наружного конца 38 штепселя 30 и переносит электрический сигнал, сгенерированный TEG 2 к, например, контроллеру 24.

В конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения электрический выходной сигнал от TEG 2 переносится по тонким проводам через маленькие отверстия в штепселе 30, которые соединяются с PCB, которая обрабатывает сигнал посредством, например, усиления и/или преобразования в радиометрический ток в 4-20 мА. Хотя, как замечено выше, мощность сигнала от TEG является такой, что усиление сигнала не обязательно.

Примеры

В настоящих примерах работа устройств TEG двух размеров была проверена и сравнена с традиционными оптическими датчиками. Было обнаружено, что устройства TEG продемонстрировали превосходное время срабатывания, что делает их очень хорошо подходящими для использования в системах подавления пожара/взрыва.

Были проверены два устройства TEG, предоставленные Micropelt GmbH, Фрайбург, Германия. Первое устройство имело толщину в 520 мкм на подложке (20 милов, вся высота в 41 мил), обозначенное как «стандартное MPG-602,» и второе устройство имело толщину в 200 мкм на подложке (7,9 милов, вся высота в 16 мил), обозначенное как «200 m MPG 602.» Время срабатывания устройств TEG было проверено, чтобы определить их пригодность для использования в системах предотвращения взрыва и подавления пожара. Каждое устройство было установлено на конце штепселя NPT из нержавеющей стали 1/8 дюйма, чтобы обеспечить механизм прикрепления и количество тепла для опорной температуры.

До выполнения экспериментов теоретически считалось, что толщина подложки TEG будет ограничительным фактором для времени реакции устройства, полагая, что тепловое удельное сопротивление материала подложки кремния значительно больше теплового удельного сопротивления чувствительных плоских материалов (висмут, сурьма, теллур и селен). Уменьшая толщину подложки элементов, ожидалось, что время срабатывания или время для достижения генератором TEG своего пикового выходного значения от первой девиации от нуля уменьшится. Однако было неясно, какой будет амплитуда изменения во времени срабатывания. Было также беспокойство, что будет наблюдаться соответствующее понижение в максимальном выходном сигнале посредством уменьшения толщины подложки. Чтобы проверить эти теории, как стандартный TEG, так и TEG с уменьшенной толщиной, были проверены одновременно, чтобы гарантировать одинаковое возбуждение для каждого TEG.

Оба TEG были размещены под 90 градусов (каждый под 45 градусов от вертикали) в том же самом осевом расположении поликарбонатной трубы диаметром в 4 дюйма. Это место на оси было приблизительно на расстоянии одного диаметра от выхода трубопровода. Метан и воздух были введены в противоположный конец трубопровода, создавая смесь метана приблизительно 5,3% в воздухе (эквивалентное отношение приблизительно 0,56) везде по всему трубопроводу длиной в 12 футов. Этот конец был первоначально уплотнен целлофаном, чтобы облегчить заполнение. После нескольких секунд задержки, которые позволяли удалить любую остаточную турбулентность в трубопроводе (остаткам процесса заполнения), смесь поджигалась возле места заполнения посредством электрически генерированной искры. Теплота от этой вспышки, так же как начальное тепло, генерируемое последующей дефлаграцией, сжигала отверстие целлофанового уплотнения, обеспечивая выход для выхлопных газов. Это позволило фронту пламени пройти длину трубопровода без принуждений, почти в ламинарном течении, генерируя фронт пламени низкой люминесценции с предполагаемой адиабатической температурой пламени приблизительно 1600°К (1327°C).

Турбулентные условия были проверены тем же способом, с маленьким скруббером, установленным на четыре фута вверх по потоку экспериментального участка, содержащего генераторы TEG. Этот скруббер генерирует турбулентность в трубопроводе, когда приближается фронт пламени, поскольку горючая смесь нагнетается впереди фронта пламени под давлением, нарастающим в трубопроводе. Эта турбулентность увеличивает скорость, при которой пламя распространяется через экспериментальный участок, уменьшая количество времени, которое каждый TEG будет "видеть" пламя.

Ламинарная дефлаграция

Было проведено пять экспериментов в конфигурации ламинарного сгорания. Результаты этих экспериментов были нормированы (к их собственным соответствующим максимумам) и затем усреднены, чтобы получить представительную форму сигнала срабатывания. Форма сигнала срабатывания стандартного TEG, так же как его сопроводительная скорость изменения, показана на фиг.6. Как можно видеть на диаграмме, стандартный TEG срабатывает вначале с высокой скоростью изменения.

Характеристика чувствительности на фиг.7 (также сгенерированная из средних значений пяти различных серий экспериментов) для TEG с уменьшенной толщиной показала очень удивительный ответ на то же самое возбуждение. Эта характеристика чувствительности показывает увеличение максимальной скорости срабатывания в 2,2 раза больше максимальной скорости срабатывания у TEG стандартной толщины. Она достигла пикового выходного значения приблизительно через 3 мс и вернулась через еще 3 мс. Время, которое тратится для каждой формы сигнала, чтобы достигнуть своего пикового выходного значения, также примечательно. Стандартный TEG достигает своего пика за 20 мс, а TEG с уменьшенной толщиной достигает своего пика приблизительно за 3 мс. Если это считать временем срабатывания TEG, то TEG с уменьшенной толщиной обладает скоростью срабатывания приблизительно в 6,7 раз быстрее.

Более тонкое TEG также продемонстрировало доказательство отвода тепла приблизительно через 7 мс (показанный на диаграмме во время 107 мс), которое может указать измерение охлаждения испарением продуктов сгорания и/или охлаждение принудительной конвекцией поверхности TEG в результате турбулентности, сгенерированной непосредственно дефлаграцией.

Затем сравнивались формы волн на выходе двух устройств TEG с формой волны на выходе чувствительного элемента датчика Integra (оптический инфракрасный детектор, доступный от Fike Corporation, также называемый датчиком IREX или Integra), как показано на фиг.8. Есть несколько явных различий между этими формами сигналов, причем самое значимое представляет собой острый отклик и возвращается к нулевому значению TEG с уменьшенной толщиной. В то время как чувствительная головка датчика Integra "видит" фронт пламени как до, так и после того, как пламя фактически находится перед датчиком, TEG этого не делают. Они только срабатывают, когда пламя находится фактически в контакте с лицевой стороной TEG, т.е. их детектор пламени имеет большее расстояние срабатывания.

Данные, представленные на фиг.8, выравниваются по времени от эксперимента к эксперименту, чтобы достигнуть статистически значительных форм сигнала на выходе, и не относятся к разности для времени активации. Было обнаружено, что в среднем, в ламинарных экспериментах, TEG с уменьшенной толщиной начал срабатывать на фронт пламени на 8 мс раньше стандартного TEG, таким образом, подтверждая теорию, что чувствительность (способность к срабатыванию) является функцией тепловых потребностей нагревания TEG. Было также обнаружено, что TEG со стандартной толщиной реагировал на 8,4 мс позже чувствительного элемента датчика Integra. Считается, что это в значительной степени имеет отношение к углу обзора датчика Integra.

Турбулентная дефлаграция

Эти эксперименты были повторены в конфигурации турбулентного сгорания, и были получены аналогичные результаты. Результаты показаны на диаграммах на фиг.9 и 10. Удивительно, что форма сигнала для TEG с уменьшенной толщиной достигла своего пикового выходного значения лишь за 2 миллисекунды, и возвратилась в состояние ниже нуля за 2 миллисекунды, таким образом, демонстрируя область охлаждения, следующую за прохождением пламени. По-видимому, это связано с такими явлениями, как быстродействие распространения и ширина пламени. TEG с уменьшенной толщиной также начало срабатывать, в среднем, приблизительно на 2 мс раньше стандартного TEG.

Доставка мощности

Чтобы определить воздействие толщины на пиковые выходные значения и время срабатывания, эти параметры были представлены графически для всех экспериментов. Как можно видеть на фиг.11 и 12, уменьшение толщины не только увеличило скорость изменения (тем самым, сокращая время срабатывания) TEG, оно также неожиданно увеличило выходное значение. Считается, что это явление может быть объяснено температурным градиентом, существующим непосредственно внутри TEG. Уменьшая полную толщину устройства и поддерживая один и тот же перепад температур по всему устройству, больший перепад температур существует на плоскости восприятия TEG. Поскольку функции TEG реализуются путем преобразования перепада температур, существующего на его чувствительной плоскости, в напряжение, это приводит к увеличению уровней выходного сигнала. Кроме того, поскольку существует меньшее количество тепла, чтобы нагреть во время дефлаграции, этот температурный градиент, как ожидается, разовьется и стабилизируется намного быстрее в более тонких подложках.