多方案实现手提式灭火器遇明火自启动

迟家宁

摘要：为了解决手提式灭火器遇明火不能自动启动灭火这一问题，本研究通过设计合理的结构，利用不同的材料特性，实现了手提式灭火器遇明火在机械力的作用下自启动。通过设计由可燃物质的预应力装置，当明火发生时，处于平衡向内收缩的预应力装置中的可燃材料烧毁，使装置稳定的平衡力受到破坏，不燃的弹性材料的部件对灭火器产生向提把与压把内侧压缩的启动力，进而启动手提式灭火器灭火。

关键词：手提式灭火器;自动灭火;自启动装置

一、研究背景

新闻中关于有人员伤亡的火灾报道让我特别伤心，有一次当看到有一个消防战士抱着小孩冲出火场的画面让我终生难忘，当时我就想，能不能发明一种体积小、简单实用、纯机械力驱动的装置将我们身边常用的手提式灭火器利用起来自动灭火呢？由此进行了本项目相关研究。

众所周知，常见的手提式灭火器一般都是手动的，手提式灭火器的罐体内填充用于灭火的化学制剂。使用的时候，首先拔出手提式灭火器上的安全销，然后对准着火点，按下活动压把，整体过程完全依赖于人工。但若是火灾发生于无人场所，即使火势蔓延到传统的手提式灭火器附近，传统的手提灭火器也不会启动。

通过检索国内相关文献，可以看到，许多学者都认识到了自动灭火的重要性，尝试发明各种自动灭火系统和自动控制灭火装置，由于火灾发生时会产生大量的热和浓烟，所以大部分专家都以这两个要素作为判断火灾的因素，灭火方法主要有消防水、化学制剂等。并综合对比分析，与本研究相近的对手提式灭火器改进并进行自动灭火的相关研究主要有如下几类：燃烧控制机械类、温度控制类、电控制类。

对于手提式灭火器通过燃烧控制机械类启动的研究相对于其他研究较少，通过检索文献发现有的利用化纤绳拉住弹簧和手柄，当发生火情時，化纤绳遇火而断，弹簧立即拉下手柄，灭火器实现自动灭火。也有的利用可熔性拉绳的两端分别与拉板的一端和牵拉管的底端部连接，拉力弹簧的两端分别与喷粉开启手柄和筒体连接，通过初始火焰的高温将可熔性拉绳熔断，实现自动灭火。这类装置的特点是化纤绳及可熔性拉绳容易发生机械磨损折断，出现识判;另外装置占用的空间远大于现有的手提式灭火器的空间，装配起来不方便。

对于温度控制机械类启动的研究相对于燃烧控制机械类启动的研究略多一些，有的利用焊锡环高温熔化的特点，以15kg的铅球重力作为启动力，当灭火器附近火灾发生时，高温会使焊锡环迅速熔化，铅球会坠落下来，并且通过铁链拉动把手，启动灭火器灭火。这种装置的特点是启动铅球过重，操作起来困难，对于重力铅球装置受到振动等影响时使的铅球脱位，可靠性较差。也有的是在压把和提手间的凹槽内装有一感温泡，在压把及提手的尾端挂有拉簧，当感温泡遇高温自碎后，达到自动灭火。还有的是由Ni（镍）-Ti（钛）或Cu（铜）-Zn（锌）-Al（铝）记忆合金制成弹簧，并安装在灭火器两手把之间，当现场温度达到设定值时，弹簧收缩使灭火器两手把向中心靠拢的力把灭火器的阀门打开，灭火物质就从灭火器喷出达到灭火作用。有学者将形状记忆合金弹簧套在压杆的上端，当外部温度达到形装记忆合金弹簧的设定形变温度时，可以达到自动灭火的作用。这类温度控制机械类自动灭火的特点在于：装置体积较小，但主要针对特定的灭火器，不适用于一般的手提式灭火器，另外高温即可诱发灭火器启动，在某些场合，例如汽车发动机舱内，长期维持高温状态却并未发生火情，若使用该专利灭火器，则会发生火灾误判事件，既浪费了灭火器，又造成火灾发生时无灭火器可用。

通过检索相关研究文献可以知道，电控制类自动灭火装置是研究最多的，有的在水基灭火器上设计安装有对火灾的自动探测、报警系统，自动执行灭火的装置，当达到起火点温度时火灾检测装置通信工作，电气导通，电动推杆向下移动的作用力下按压灭火器的压板，灭火器进行喷射。也有的将驱动装置与火灾检测装置通信连接，当火灾检测装置检测到火灾发生时，发送信号给驱动装置，驱动装置启动带动两个手柄靠近，使灭火器的阀门打开，液态的二氧化碳便喷出变成气态，起到扑灭火源的作用。这类电控制类自动灭火的特点在于：电设备一般可靠性差，容易出现卡死或电力不足等现象;同时成本高，需要经常维护。

由于上述问题的存在，对于现有的手提式灭火器的优化改造仍需要更可靠和简易的方法。本研究通过设计合理的结构，利用不同的材料特性，实现手提式灭火器遇明火在机械力的作用下自启动。尝试设计体积小、对手提式灭火器改动少、纯机械力启动的、更有效果、实用的自动灭火装置，以期实现常用手提式灭火器的自动灭火功能。

二、研究过程

（一）手提式灭火器简化分析

手提式灭火器的具体性能和结构要求见中华人民共和国国家标准GB4351.1-2005，常见的手提式灭火器刺穿柱隐于提把与压把之间的，它的作用是当压把受力向下运动时压把会向下按押刺穿柱，使刺穿柱穿破手提式灭火器罐体内的保护化学物质的保护膜，罐体内填充用于灭火的化学制剂才会由灭火器的喷嘴喷出，平时手提式灭火器提把和压把受保险装置限制，不能上下移动。

启动手提式灭火器首先必须解脱保险装置，那么如何才能在手提式灭火器遇到明火时不让保险装置限制压把与提把的闭合呢？为了给灭火器在出现明火时启动创造条件，本研究设计了一款由可燃物质构成的保险装置，形状与现有的手提式灭火器的保险装置类似，主要包括引燃索、保险销、保险栓以及灭火器拉环等部件组成;所不同的是常见的手提式灭火器的保险装置是钢铁等不燃的金属构成，本研究中的这些部件全部是由可燃材料构成。

本研究设计的由可燃物质构成的保险装置中的引燃索是常见的手提式灭火器的保险装置中没有的，引燃索的作用是可以通过将引燃索布置于易燃点附近，当易燃点附近出现明火时，引燃索会被引燃，燃烧的引燃索会带着热量速迅的把整个由可燃物质构成的保险装置引燃烧毁，从而使装配有可燃物质构成的保险装置的手提式灭火器在出现明火的第一时间进行启动灭火。

（二）立式保险柱提供支持力法

将现有常见的手提式灭火器中的保险装置设计成由可燃物质构成的保险装置是可以解决灭火器遇明火时由于不燃的保险装置牵制的问题，那么在启动力上面有没有其他的方式呢？研究过程中从平时生活中常接触的燕尾夹工作原理找到了灵感，利用不燃的弹性钢片做成燕尾夹收缩部件状，将其两臂与手提式灭火器的提把和压把利用不燃的刚性钢铁卡扣固定，这样的话，开张的弹性钢片可以提供向提把和压把内侧的收缩力。那么如何能保持正常状态下不燃的弹性钢片保持张开形状呢？在平时经常可以看到老人手持拐杖，如果拐杖不小心倾斜就会失去平衡，基于此设计了一种利用立式保险柱与弹片实现灭火器遇明火自启动装置。

本研究设计的利用立式保险柱与弹片实现灭火器遇明火自启动装置与手提式灭火器位置关系示意图见图A，可以看出本研究设计的利用立式保险柱与弹片实现灭火器遇明火自启动装置主要布置于压把与提把之间，相对来说结构简单、小巧，基本不多占用现有的常规手提式灭火器工作空间，除了将常见的手提式灭火器不燃的保险装置换成本研究的可燃保险装置外，没有任何改动。通过不燃的不锈钢材料（自启动装置中的固定卡扣、立柱、阻滑片、凸起部件）与不燃的弹性材料弹性钢片（收缩弹片）与可燃材料（可燃支撑块、可燃保险装置）组合，形成一个向内收缩力与支撑力处于平衡力的一个状态，本研究设计的利用立式保险柱与弹片实现灭火器遇明火自启动装置启动前示意图见图B。

当明火烧毁可燃保险装置与可燃支撑块后，阻滑片由于向内收缩力的作用下与收缩弹片闭合，本设计巧妙之处在于利用凸起部件在阻滑片闭合后将立柱底部顶托出阻滑片的上界面，立柱下部失去了阻挡，在收缩弹片向内收缩力的作用下会出现侧向滑动，支撑向内收缩的平衡力状态被打破，收缩弹片的收缩力成为一个主要动力，收缩弹片的收缩力在固定卡扣的作用下传递给手提式灭火器的压把与提把，使其向内收缩，通过测算收缩弹片收缩力远大于手提式滅火器所需的启动力，所以当出现明火时手提式灭火器在收缩弹片的作用下启动灭火，本研究设计的利用立式保险柱与弹片实现灭火器遇明火自启动装置启动后示意图见图C。

基本于本研究成果，以本人为主要发明人和申请人提交了名称为“一种利用立式保险柱与弹片实现灭火器遇明火自启动装置”的发明专利（申请号为：2018114771154），本装置详细情况请参考上述的专利申请文件。

A：自启动装置安装效果图

B：自启动装置启动前

C：自启动装置启动后

图1  本研究设计的利用立式保险柱支撑的自启动装置启动前后示意图

（三）可折支撑法

其与前述的由可燃物质构成的保险装置是可以解决灭火器遇明火时由于不燃的保险装置牵制的问题，利用弹片提供启动力，那么还有没有其他的可以来抵消掉手提式灭火器的压把与提把之间正常状态下的弹片收缩力的方法吗？带着这样的问题，在研究中深入的思考，通过日常生活中发现人站立过程中是不会倒掉的，而人可以通过膝关节的活动实现下蹲等动作，由此设计了一种利用可折支撑与弹片实现灭火器遇明火自启动装置。

本研究设计的利用可折支撑与弹片实现灭火器遇明火自启动装置与手提式灭火器位置关系示意图见图2A，可以看出本研究设计的利用可折支撑与弹片实现灭火器遇明火自启动装置主要布置于压把与提把之间，相对来说结构简单、小巧，基本不多占用现有的常规手提式灭火器工作空间，对常用的手提式灭火器来说除了将不燃的保险装置换成本研究的可燃保险装置外，没有任何改动。通过不燃的不锈钢材料（自启动装置中的固定卡扣、可折支撑柱）与不燃的弹性材料（收缩弹片、收缩弹簧）与可燃材料（可燃支撑柱、可燃保险装置）组合，形成一个向内收缩力与支撑力处于平衡力的一个状态，本研究设计的利用可折支撑与弹片实现灭火器遇明火自启动装置启动前示意图见图2B。

当明火烧毁可燃保险装置与可燃支撑柱后，可燃支撑柱内嵌一个呈伸缩状的收缩弹簧会出现收缩，则可燃支撑柱会从中部在弹簧的拉力作用下出现对折，支撑收缩弹片向内收缩的平衡力状态被打破，收缩弹片的收缩力成为一个主要动力，收缩弹片的收缩力在固定卡

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扣的作用下传递给手提式灭火器的压把与提把，使其向内收缩，通过测算收缩弹片收缩力远大于手提式灭火器所需的启动力，所以当出现明火时手提式灭火器在收缩弹片的作用下启动灭火，本研究设计的利用可折支撑与弹片实现灭火器遇明火自启动装置启动后示意图见图2C。

基本于本研究成果，以本人为主要发明人和申请人提交了名称为“一种利用可折支撑与弹片实现灭火器遇明火自启动装置”的发明专利（申请号为：2018114805042），该装置的具体细节请参考上述的专利申请文件。

A：自启动装置安装效果图

B：自启动装置启动前

C：自启动装置启动后

图2  本研究设计的可折支撑的自启动装置启动前后示意图

三、研究结论

通过本项目研究说明，利用可燃刚性材料与不燃的弹性材料及不燃的刚性材料配合，设计不同的结构形式，是可以实现结构简单、小巧、纯机械力作为启动力的手提式灭火器遇明火自启动装置。

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