專(zhuān)利名稱(chēng)：使用熱電發(fā)電機(jī)的火焰檢測(cè)和抑制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在滅火和防爆系統(tǒng)中使用塞貝克(Seebeck)設(shè)備。通常，把塞貝 克設(shè)備設(shè)置在諸如容器和連接管道之類(lèi)的處理裝置中，并且用于檢測(cè)爆炸的火焰前沿。在 檢測(cè)到火焰前沿時(shí)，系統(tǒng)激勵(lì)滅火機(jī)構(gòu)，例如，該滅火機(jī)構(gòu)釋放滅火劑或關(guān)閉閥門(mén)，防止火 或爆炸傳播到周?chē)蚧ミB的裝置中。
背景技術(shù)：
當(dāng)處理易燃材料時(shí)，粉塵爆炸是一個(gè)不幸但很實(shí)際的問(wèn)題。在許多情況中，爆炸緩 和系統(tǒng)的功效取決于所涉及的粉塵的類(lèi)型。傳統(tǒng)的爆炸抑制系統(tǒng)一般使用光學(xué)傳感器“可見(jiàn)地”檢測(cè)處理裝置中的火焰。大 多數(shù)通常檢測(cè)紅外輻射的光學(xué)傳感器是十分簡(jiǎn)單和不昂貴的設(shè)備。光學(xué)傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于 它們給出很快的響應(yīng)時(shí)間，然而，這些傳感器還展現(xiàn)出一些顯著的缺點(diǎn)。光學(xué)傳感器可能會(huì) 經(jīng)受“雜散”輻射，因此在傳感器可能暴露于環(huán)境光的風(fēng)洞出口處或附近不能夠使用它們。 此外，傳感器會(huì)由于處理裝置中產(chǎn)生的粉塵而變成“失明”。也可以使用壓力傳感器來(lái)檢測(cè)爆炸產(chǎn)生的壓力前沿。然而，與光學(xué)傳感器極相像， 壓力傳感器在不能夠形成壓力前沿的風(fēng)洞出口處或附近也不能很好地工作。已普遍用于各種類(lèi)型的煙霧檢測(cè)器的離子化檢測(cè)器也表現(xiàn)出某些缺點(diǎn)。最顯著 地，離子化檢測(cè)器不直接測(cè)量火焰，并且具有有限的生存能力。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明針對(duì)與處理裝置一起使用的火和/或爆炸保護(hù)系統(tǒng)。該 系統(tǒng)包括至少一個(gè)檢測(cè)器，用于發(fā)出在處理裝置中檢測(cè)到火焰的信號(hào)。至少一個(gè)檢測(cè)器包 括兩個(gè)相對(duì)的基板以及位于這兩個(gè)基板之間的成對(duì)的熱電焊腳的陣列。至少一個(gè)檢測(cè)器響 應(yīng)于由爆燃波在這兩個(gè)基板之間形成的溫度差，產(chǎn)生一電信號(hào)。該系統(tǒng)還包括處理器，用 于接收和分析來(lái)自至少一個(gè)檢測(cè)器的電信號(hào)；以及緩和裝置，處理器響應(yīng)于來(lái)自至少一個(gè) 檢測(cè)器的電信號(hào)而驅(qū)動(dòng)該緩和裝置。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于檢測(cè)處理裝置內(nèi)的爆燃波的方法。 該方法包括在處理裝置中設(shè)置至少一個(gè)檢測(cè)器，所述檢測(cè)器包括兩個(gè)相對(duì)的基板以及位于 這兩個(gè)基板之間的成對(duì)的熱電焊腳的陣列。至少一個(gè)檢測(cè)器響應(yīng)于爆燃波所形成的溫度
差，產(chǎn)生一電信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明的再另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種防止處理裝置著火或爆炸的方法。 該方法包括在處理裝置中設(shè)置至少一個(gè)檢測(cè)器，至少一個(gè)檢測(cè)器包括兩個(gè)相對(duì)的基板以及位于這兩個(gè)基板之間的成對(duì)的熱電焊腳的陣列。通過(guò)響應(yīng)于由爆燃波在基板之間形成的溫 度差而產(chǎn)生一電信號(hào)，該檢測(cè)器被用于檢測(cè)爆燃波的存在。把該信號(hào)被發(fā)送到包括處理器 的控制單元。處理器接收該信號(hào)，并且響應(yīng)于該信號(hào)而驅(qū)動(dòng)緩和裝置。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明可以使用的示例性塞貝克傳感器；圖2是示出塞貝克效應(yīng)的熱電焊腳對(duì)的示意圖；圖3是使用塞貝克傳感器的示例性火焰/爆炸抑制系統(tǒng)的示意圖；圖4是在火焰/爆炸抑制系統(tǒng)中使用的示例性塞貝克傳感器設(shè)備的透視圖；圖5是來(lái)自包括塞貝克傳感器的圖4的一部分的特寫(xiě)視圖；圖6是示出可以與本發(fā)明一起使用的“標(biāo)準(zhǔn)的”TEG設(shè)備在層流條件下的響應(yīng)時(shí)間 的圖； 圖7是示出可以與本發(fā)明一起使用的“減少厚度的”TEG設(shè)備在層流條件下的響應(yīng) 時(shí)間的圖；圖8是比較兩個(gè)TEG設(shè)備與傳統(tǒng)光學(xué)火焰檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間的圖；圖9是示出可以與本發(fā)明一起使用的“標(biāo)準(zhǔn)的”TEG設(shè)備在層流條件下的響應(yīng)時(shí)間 的圖；圖10是示出可以與本發(fā)明一起使用的“減少厚度的” TEG設(shè)備在層流條件下的響 應(yīng)時(shí)間的圖；圖11是比較層流條件下從TEG設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)的速率和量值的圖；以及圖12是 比較湍流條件下從TEG設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)的速率和量值的圖。
具體實(shí)施例方式已知與本發(fā)明一起使用的檢測(cè)器有熱電發(fā)電機(jī)(TEG)、塞貝克傳感器或珀耳帖 (Peltier)冷卻器，下面互換地使用這些術(shù)語(yǔ)。根據(jù)本發(fā)明使用的TEG采用塞貝克效應(yīng)的優(yōu) 點(diǎn)，該效應(yīng)把溫度差直接轉(zhuǎn)換成電。在兩個(gè)不同的金屬或半導(dǎo)體之間存在溫度差時(shí)建立了 電壓即熱電EMF，并且可以用于建立連續(xù)的電流。塞貝克效應(yīng)與珀耳帖效應(yīng)相反，如果把電 源提供給熱電設(shè)備，則珀耳帖效應(yīng)產(chǎn)生冷卻。在某些實(shí)施例中，TEG包括設(shè)置在兩個(gè)相對(duì)基板之間的成百個(gè)微型熱電偶(每個(gè) 熱電偶包括獨(dú)立的熱電焊腳對(duì))。在圖1中示出和在下面進(jìn)一步描述示例性TEG設(shè)備。這 些設(shè)備可操作而把上和下表面或基板之間的熱差轉(zhuǎn)換成電流。圖2示意性地示出示例性熱 電焊腳對(duì)和由于設(shè)備的“熱”和“冷”側(cè)之間的溫差引起的電壓的產(chǎn)生。然后可以使用電壓 來(lái)產(chǎn)生通過(guò)負(fù)載的電流。如圖1所示，TEG設(shè)備2包括一對(duì)相對(duì)的硅基板3和4。夾在基板3和4之間的是 多個(gè)負(fù)焊腳5和正焊腳6，它們包括從一個(gè)組中選擇的材料，這個(gè)組包括鉍(Bi)、銻(Sb)、 碲(Te)、和硒(Se)。在某些實(shí)施例中，這些焊腳包括Bi2Te3材料。把這些焊腳分別連接到 正接觸點(diǎn)7或負(fù)接觸點(diǎn)8?？蓮牡聡?guó)Frieburg市的Micropelt GmbH公司得到可以與本發(fā) 明一起使用的示例性TEG設(shè)備。在TEG設(shè)備上的熱電焊腳對(duì)的密度也會(huì)影響設(shè)備檢測(cè)爆燃波的效率。在某些實(shí)施例中，TEG包括每平方毫米上至少40對(duì)熱電焊腳對(duì)。在其它實(shí)施例中，TEG包括至少75對(duì) 焊腳對(duì)/毫米2，在再其它實(shí)施例中，至少100對(duì)焊腳/毫米2，在再有的其它實(shí)施例中，至少 150對(duì)焊腳/毫米2。在一個(gè)特定的較佳實(shí)施例中，TEG包括約77對(duì)焊腳/毫米2。在本發(fā) 明的另外的實(shí)施例中，TEG提供的密度在約40到約500對(duì)焊腳/毫米2之間，或在約50到 約400對(duì)焊腳/毫米2之間，或在約70到約300對(duì)焊腳/毫米2之間。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，TEG是極薄的小型的設(shè)備，其中每個(gè)基板提供小于25 毫米2的檢測(cè)平面面積(即，熱電焊腳對(duì)占據(jù)的TEG的面積)。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，每 個(gè)基板 的檢測(cè)平面面積約為6. 25毫米2。每個(gè)基板還具有小于600微米的厚度。在某些實(shí) 施例中，這個(gè)厚度小于500微米，或小于250微米，或小于約200微米。在再其它的實(shí)施例 中，基板厚度在約1到約600微米之間，或在約5到約500微米之間，或在約10到約250微 米之間。因此，實(shí)際上在處理裝置中的任何位置處，TEG都能夠無(wú)障礙地使用。TEG的物理尺寸對(duì)于所提供的極短響應(yīng)時(shí)間有貢獻(xiàn)。“響應(yīng)時(shí)間”意味著TEG從零 到達(dá)其峰值輸出的時(shí)間。與本發(fā)明一起使用的TEG —般展現(xiàn)出小于10毫秒的響應(yīng)時(shí)間。在 某些實(shí)施例中，響應(yīng)時(shí)間可以小于5毫秒，或甚至小于約2. 5毫秒。在再其它的實(shí)施例中， 響應(yīng)時(shí)間可以在約0. 01到約10毫秒之間，或在約0. 1到約5毫秒之間，或在約0. 5到約 2. 5毫秒之間。與本發(fā)明一起使用的TEG的一個(gè)特定實(shí)施例提供210微米的基板厚度以及 約2. 2毫秒的檢測(cè)時(shí)間。這與許多傳統(tǒng)的熱流傳感器相反，傳統(tǒng)的熱流傳感器展現(xiàn)出10毫 秒或更大數(shù)量級(jí)的響應(yīng)時(shí)間。圖3示意性地描繪塞貝克傳感器在示例性火焰/爆炸抑制系統(tǒng)中的使用。處理 裝置10位于建筑物12內(nèi)，并且包括排放導(dǎo)管14 ( 一般為管或管道)，以使處理裝置排空到 建筑物12周?chē)拇髿庵?。注意，在另外的?shí)施例中，導(dǎo)管14可以可操作地使裝置10連接 附加的處理裝置。示出火焰/爆炸抑制系統(tǒng)16包括安裝在導(dǎo)管14的出口 20附近的塞貝 克傳感器18以及安裝在導(dǎo)管14的入口附近的傳統(tǒng)的紅外或光學(xué)檢測(cè)器22。塞貝克傳感 器18和紅外檢測(cè)器22兩者可操作地連接到控制器24。根據(jù)特定的應(yīng)用，傳感器18、檢測(cè) 器22和控制器24之間的連接可以是有線的或無(wú)線的。火焰/爆炸緩和裝置26也位于導(dǎo) 管14上，并且可操作地連接到控制器24。如圖所示，緩和裝置26是保持抑制劑(包括但是 不局限于水、粉末和氣體抑制劑或它們的混合物)的容器，并且耦合到導(dǎo)管14，為的是能夠 把抑制劑引入其中。然而，要理解，緩和裝置26可以包括另外的設(shè)備，這些設(shè)備包括機(jī)械隔 離閥門(mén)(包括但是不局限于高速閘閥、夾管閥或其它快動(dòng)作閥)或化學(xué)隔離系統(tǒng)。還要注 意，可以把附加的塞貝克型傳感器和/或傳統(tǒng)的光學(xué)或壓力檢測(cè)器安裝在要保護(hù)的整個(gè)裝 置的各個(gè)位置處。此外，不需要與其它類(lèi)型的檢測(cè)器一起使用塞貝克傳感器，因?yàn)橐种葡到y(tǒng) 16只包括塞貝克傳感器是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。在操作中，塞貝克傳感器18和光學(xué)檢測(cè)器22為了表示即將來(lái)臨的火焰/爆炸的 跡象而連續(xù)地被動(dòng)地監(jiān)視導(dǎo)管14。主要使用光學(xué)檢測(cè)器22，例如，在可以表示即將來(lái)臨的 火焰/爆炸的導(dǎo)管中的特定位置處，檢測(cè)紅外光的強(qiáng)度的存在或紅外光的強(qiáng)度的變化。然 而，如果把檢測(cè)器22設(shè)置在接近出口 20的位置處，則檢測(cè)器22對(duì)這個(gè)功能會(huì)無(wú)效，因?yàn)閺?建筑物12外環(huán)境進(jìn)入導(dǎo)管14的環(huán)境光以及可能的粉塵或碎片會(huì)干擾檢測(cè)器22檢測(cè)到正 形成的火焰/爆炸的存在和對(duì)此發(fā)出信號(hào)的能力。然而，塞貝克傳感器18沒(méi)有與這些相同 的缺點(diǎn)。而是，傳感器18可操作而憑借在傳感器的相對(duì)的基板之間產(chǎn)生的爆燃波的臨時(shí)溫度梯度來(lái)檢測(cè)火焰前沿或爆燃波(基本上，火焰前沿的熱分量)。當(dāng)火焰前沿或爆燃波通過(guò)并且接觸導(dǎo)管14中的塞貝克傳感器18時(shí)，在傳感器的 基板之間產(chǎn)生溫度梯度，從而產(chǎn)生發(fā)送到控制器24的電流或信號(hào)。在到控制器24的途中， 可以或可以不對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大。 在檢測(cè)到表示導(dǎo)管14中存在火焰前沿或爆燃波的信號(hào)時(shí)，控制器24可以激勵(lì)緩 和裝置26從而把抑制劑釋放到導(dǎo)管14中以滅火或抑制即將來(lái)臨的爆炸。如上所述，還可 以使用機(jī)械或化學(xué)隔離裝置代替或附加于緩和裝置26的抑制劑，以便阻止火焰或爆炸傳 播到其它的互連處理裝置中。TEG設(shè)備與用于測(cè)量熱流的熱點(diǎn)設(shè)備相反。不像熱電那樣，薄膜熱電發(fā)電機(jī)只響應(yīng) 于動(dòng)態(tài)溫度差而產(chǎn)生電流。一旦設(shè)備的相對(duì)側(cè)之間的溫度差不再存在，設(shè)備就不再產(chǎn)生電 壓。當(dāng)設(shè)備達(dá)到升高的溫度處的熱平衡時(shí)，TEG設(shè)備對(duì)于持續(xù)高溫是不敏感的(傳感器會(huì) 忽略高的處理溫度)，只有當(dāng)溫度快速改變時(shí)(像在爆炸或火焰通道的情況中)才會(huì)響應(yīng)。 這排除了對(duì)于在穩(wěn)定環(huán)境條件和快速變化環(huán)境條件之間進(jìn)行辨別的電子線路的需求。由于通常由串聯(lián)有線熱電偶來(lái)構(gòu)成塞貝克傳感器，所以它們展示出作為熱電偶的 特征的EMI/RFI不敏感性的相同的有利水平。此外，TEG設(shè)備能夠檢測(cè)火焰的熱簽名特征 而無(wú)需用于聚焦的透鏡。不需要激勵(lì)電流或電壓，因?yàn)閭鞲衅鲝乃鶛z測(cè)的火焰得到的熱產(chǎn) 生它自己的電源。如上所述，TEG設(shè)備特別適用于檢測(cè)沒(méi)有建立顯著的壓力的、不密閉空間 中的爆炸或火焰，諸如在排空的船只和管/管道出口中，以及在可能暴露于環(huán)境光(太陽(yáng)、 熒光燈、白熾燈等)的處理裝置中的一些位置處。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖4和5所示，根據(jù)本發(fā)明的傳感器設(shè)備18包括附 加到塞子30的末端28的TEG 2，塞子30提供基準(zhǔn)熱質(zhì)以使TEG 2維持接近恒定的溫度。 配置塞子30，以致可以通過(guò)導(dǎo)管14的側(cè)壁對(duì)它進(jìn)行安裝。當(dāng)安裝傳感器設(shè)備18時(shí)，使末 端28暴露在導(dǎo)管14內(nèi)部，以致TEG 2處于檢測(cè)表示即將來(lái)臨的火焰或爆炸的火焰前沿或 爆燃波的位置。可以用高熱導(dǎo)率和電絕緣的環(huán)氧樹(shù)脂覆蓋沒(méi)有暴露在導(dǎo)管14內(nèi)部的TEG 2部分。環(huán)氧樹(shù)脂提供塞子30和TEG 2之間的熱和結(jié)構(gòu)連接。塞子30還包括螺紋32，以 便于把塞子30緊固到導(dǎo)管14上。還包括六角形段34，以致可以在扳手的幫助下把塞子30 緊固到導(dǎo)管14上。電纜36從塞子30的遠(yuǎn)端38延伸，并且把TEG 2產(chǎn)生的電信號(hào)傳送到， 例如，控制器24。在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，由通過(guò)塞子30中的小孔并且連接到PCB (印刷電路板) 的細(xì)導(dǎo)線傳送TEG 2的電輸出，例如，該P(yáng)CB造成信號(hào)通過(guò)放大和/或轉(zhuǎn)換成為4-20毫安 的比例電流。如上所述，雖然來(lái)自TEG的信號(hào)強(qiáng)度是如此的，以致不必定需要信號(hào)的放大。Mi在本例子中，測(cè)試兩個(gè)大小的TEG設(shè)備的性能，并且與傳統(tǒng)光學(xué)傳感器進(jìn)行比較。 發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)出優(yōu)良響應(yīng)時(shí)間的TEG設(shè)備極適用于火焰/爆炸抑制系統(tǒng)。測(cè)試由德國(guó)Frieburg市的Micropelt GmbH公司提供的兩個(gè)TEG設(shè)備。第一設(shè) 備的每個(gè)基板具有520微米的厚度(20密爾，41密爾總高度)，指定的“標(biāo)準(zhǔn)MPG-602”，而 第二設(shè)備的每個(gè)基板具有200微米的厚度(7. 9密爾，16密爾總高度)，指定的“200微米 MPG-602”。測(cè)試TEG設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間以確定它們?cè)诨鹧?爆炸阻止系統(tǒng)中使用的適用性。 把每個(gè)設(shè)備安裝到1/8英寸NPT不銹鋼塞子的末端以提供附加機(jī)構(gòu)以及用于基準(zhǔn)溫度的熱質(zhì)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，在理論上考慮TEG基板的厚度是設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間的一個(gè)限制因 素，考慮基板材料，硅，的熱阻大大地大于檢測(cè)平面材料(鉍、銻、碲、硒)的熱阻。通過(guò)減小 元件基板的厚 度，預(yù)期響應(yīng)時(shí)間，或TEG從零的第一偏差到達(dá)其峰值輸出的時(shí)間，將減少。 然而，響應(yīng)時(shí)間變化的量值是什么是不清楚的。還關(guān)心通過(guò)減少基板厚度還會(huì)伴隨著最大 信號(hào)輸出的減小。為了測(cè)試這些理論，同時(shí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的TEG以及減小厚度的TEG，以保證對(duì) 于每個(gè)TEG的相似的激勵(lì)。在4英寸直徑聚碳酸酯管的相同的軸位置處把兩個(gè)TEG設(shè)置成離開(kāi)90度(每個(gè) 離開(kāi)垂直方向45度)。這個(gè)軸向站離開(kāi)管道的出口大約一個(gè)直徑。把甲烷和空氣注入管 道的相對(duì)的末端，在整個(gè)12英尺的管道中，建立空氣中約5. 3%甲烷的混合物(約0. 56的 等效比)。最初用玻璃紙密封這個(gè)末端以便于注入。在數(shù)秒延遲以允許管道中的任何湍 流消散(注入過(guò)程的剩余物)之后，通過(guò)電產(chǎn)生的火花使混合物在注入位置處點(diǎn)火。來(lái)自 這個(gè)點(diǎn)火的熱以及通過(guò)然后的爆燃產(chǎn)生的初始熱把玻璃紙密封燒穿，為燃燒氣體提供了逃 逸通路。這允許火焰前沿以不強(qiáng)迫的、接近層流的方式行進(jìn)了管道的長(zhǎng)度，產(chǎn)生了具有約 1600K(1327°C )的絕熱火焰溫度的低發(fā)光度的火焰前沿。以相同方式，用安裝在包含TEG的測(cè)試部分的上游4英尺的小洗滌機(jī)測(cè)試湍流條 件。當(dāng)火焰前沿到達(dá)時(shí)，這個(gè)洗滌機(jī)在管道中產(chǎn)生湍流，通過(guò)在管道中建立的壓力，對(duì)其前 面的易燃混合物加壓。這個(gè)湍流增加火焰通過(guò)測(cè)試部分的傳播速率，減小每個(gè)TEG “看到” 火焰的時(shí)間量。層流爆燃在層流燃燒配置中進(jìn)行5次測(cè)試。使這些測(cè)試的結(jié)果歸一化(到它們自己各自的 最大值)，然后進(jìn)行平均，以得到代表性響應(yīng)波形。圖6中示出標(biāo)準(zhǔn)TEG的響應(yīng)波形以及它 的伴隨的變化率?？梢詮倪@個(gè)曲線中看到，標(biāo)準(zhǔn)TEG起初響應(yīng)高的變化率。減小厚度的TEG的圖7的響應(yīng)曲線(也是從5個(gè)不同的測(cè)試系列平均值產(chǎn)生的) 在相同的激勵(lì)下示出了驚人的響應(yīng)。這個(gè)響應(yīng)曲線示出最大響應(yīng)率的增加為標(biāo)準(zhǔn)厚度TEG 的最大響應(yīng)率的2. 2倍。在約3毫秒處到達(dá)峰值輸出，并且在另一個(gè)3毫秒內(nèi)返回。每個(gè) 波形到達(dá)其峰值輸出所采用的時(shí)間也是值得注意的。標(biāo)準(zhǔn)TEG在20毫秒內(nèi)到達(dá)其峰值，而 減小厚度的TEG在約3毫秒內(nèi)到達(dá)其峰值。如果考慮這個(gè)為T(mén)EG的響應(yīng)時(shí)間，則減小厚度 的TEG的響應(yīng)速率快約6. 7倍。更薄的TEG還示出在約7毫秒之后的熱抑制的證明(在圖上時(shí)間107毫秒處示 出)，這可以表示作為爆燃波本身產(chǎn)生的湍流的結(jié)果的、TEG表面的燃燒后蒸發(fā)冷卻和/或 強(qiáng)制對(duì)流冷卻的測(cè)量值。然后對(duì)兩個(gè)TEG設(shè)備的輸出波形與Integra檢測(cè)器檢測(cè)元件(可從Fike公司得 到的光學(xué)紅外檢測(cè)器，也稱(chēng)之為IREX或Integra傳感器)的輸出波形進(jìn)行比較，如圖8所 示。這些波形之間存在數(shù)個(gè)不同的差異，最值得注意的是減小厚度TEG的尖銳的響應(yīng)和返 回到零值。在Integra檢測(cè)器檢測(cè)頭在火焰實(shí)際上正在傳感器前面之前和之后“看到”火 焰前沿的同時(shí)，TEG不是這樣的。它們僅在火焰實(shí)際接觸TEG表面時(shí)才響應(yīng)，這使得它們成 為更敏感的火焰檢測(cè)器。圖8中表示的數(shù)據(jù)是從一個(gè)測(cè)試到一個(gè)測(cè)試而時(shí)間對(duì)準(zhǔn)的，以得到統(tǒng)計(jì)上重要的輸出波形，而不管激勵(lì)時(shí)間的差異。在層流測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)從平均方面來(lái)說(shuō)，減小厚度的TEG 在標(biāo)準(zhǔn)TEG之前8毫秒開(kāi)始響應(yīng)于火焰前沿，因此確認(rèn)了響應(yīng)是TEG的熱的加熱要求的函 數(shù)的理論。還發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)厚度TEG在Integra檢測(cè)器檢測(cè)元件之后8. 4毫秒響應(yīng)。相信這 主要是由于Integra檢測(cè)器的視角。湍流爆燃 在湍流燃燒配置中重復(fù)這些測(cè)試，并且得到相似的結(jié)果。在圖9和10的曲線圖中 示出這些結(jié)果。驚人地，減小厚度TEG的波形僅在2毫秒內(nèi)就到達(dá)其峰值輸出值，并且在2 毫秒內(nèi)返回到零之下，從而還展現(xiàn)出跟隨火焰通道的冷卻區(qū)域。這表現(xiàn)出與火焰寬度和傳 播速度的現(xiàn)象的一致性。平均地說(shuō)，減小厚度TEG還在標(biāo)準(zhǔn)TEG之前約2毫秒就開(kāi)始響應(yīng)。功率傳送為了確定厚度對(duì)峰值輸出值和響應(yīng)時(shí)間的作用，對(duì)所有測(cè)試的這些參數(shù)進(jìn)行標(biāo) 繪。可以在圖11和12中看到，厚度的減小不但增加了 TEG的變化率(從而減小響應(yīng)時(shí)間)， 而且還不期望地增加輸出值。相信可以通過(guò)TEG本身中存在的熱梯度來(lái)說(shuō)明這個(gè)現(xiàn)象。通 過(guò)減小設(shè)備的總厚度，并且保持設(shè)備上相同的溫度差，在TEG的檢測(cè)平面上存在較大的溫 度差。由于TEG是通過(guò)把它的檢測(cè)平面上存在的溫度差轉(zhuǎn)換成電壓而工作的，所以這會(huì)增 加輸出信號(hào)電平。同樣，由于在爆燃期間存在較少的熱質(zhì)進(jìn)行加熱，所以預(yù)期熱梯度的建立 和穩(wěn)定要比較薄基板的情況快得多。
權(quán)利要求
1.一種與處理裝置一起使用的火焰和/或爆炸保護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)檢測(cè)器，用于發(fā)出在處理裝置中檢測(cè)到火焰的信號(hào)，所述至少一個(gè)檢測(cè)器包 括兩個(gè)相對(duì)的基板以及位于這兩個(gè)基板之間的熱電焊腳對(duì)的陣列，所述至少一個(gè)檢測(cè)器響 應(yīng)于由爆燃波在這兩個(gè)基板之間產(chǎn)生的溫度差而產(chǎn)生一電信號(hào)；處理器，用于接收和分析來(lái)自所述至少一個(gè)檢測(cè)器的電信號(hào)；以及緩和裝置，所述處理器響應(yīng)于來(lái)自所述至少一個(gè)檢測(cè)器的電信號(hào)而驅(qū)動(dòng)所述緩和裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器具有至少40對(duì)焊腳/ mm2的熱電焊腳對(duì)密度。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器具有至少75對(duì)焊腳/ mm2的熱電焊腳對(duì)密度。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器對(duì)爆燃波的響應(yīng)時(shí)間 小于10毫秒。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述響應(yīng)時(shí)間小于5毫秒。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述響應(yīng)時(shí)間小于2.5毫秒。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述緩和裝置包括被引入到所述處理裝置 中以便抑制火焰或爆炸的化學(xué)抑制劑；用于隔離所述處理裝置的多個(gè)部分的隔離閥門(mén)；或 它們的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，每一個(gè)基板的厚度都小于600微米。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，每一個(gè)基板的厚度都小于500微米。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，每一個(gè)基板的厚度都小于250微米。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，來(lái)自所述傳感器的所述信號(hào)在被所述處理 器接收到之前不需要放大。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，來(lái)自所述傳感器的所述信號(hào)被轉(zhuǎn)換成比 例電流輸出以便傳輸?shù)剿鎏幚砥?，所述比例電流輸出在被所述處理器接收到之前先被?回轉(zhuǎn)換成一模擬電壓。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器位于暴露在環(huán)境光中 的所述處理裝置的一個(gè)區(qū)域之內(nèi)。
14.一種用于檢測(cè)處理裝置中的爆燃波的方法，所述方法包括在所述處理裝置中設(shè) 置至少一個(gè)檢測(cè)器，所述至少一個(gè)檢測(cè)器包括兩個(gè)相對(duì)的基板以及位于這兩個(gè)基板之間的 熱電焊腳對(duì)的陣列，所述至少一個(gè)檢測(cè)器響應(yīng)于由爆燃波產(chǎn)生的溫度差而產(chǎn)生一電信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器具有至少40對(duì)焊腳 /mm2的熱電焊腳對(duì)密度。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器對(duì)爆燃波的響應(yīng)時(shí) 間小于10毫秒。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，每一個(gè)基板的厚度都小于600微米。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器位于暴露在環(huán)境光 中的所述處理裝置的一個(gè)區(qū)域之內(nèi)。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器位于通向所述處理裝置外的環(huán)境的一個(gè)開(kāi)口附近的所述處理裝置的一個(gè)區(qū)域之內(nèi)。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，由所述至少一個(gè)檢測(cè)器所產(chǎn)生的電信號(hào) 被用于激勵(lì)緩和裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述緩和裝置包括被引入到所述處理裝 置中以便抑制火焰或爆炸的化學(xué)抑制劑；用于隔離所述處理裝置的多個(gè)部分的隔離閥門(mén)； 或它們的組合。
22.—種保護(hù)處理裝置以免著火和/或爆炸的方法，所述方法包括在處理裝置中設(shè)置至少一個(gè)檢測(cè)器，所述至少一個(gè)檢測(cè)器包括兩個(gè)相對(duì)的基板以及位 于這兩個(gè)基板之間的熱電焊腳對(duì)的陣列；使用所述至少一個(gè)檢測(cè)器檢測(cè)爆燃波的存在，所述至少一個(gè)檢測(cè)器響應(yīng)于由爆燃波在 這兩個(gè)基板之間產(chǎn)生的溫度差而產(chǎn)生一電信號(hào)；以及把所述電信號(hào)發(fā)送到包括處理器的控制單元，所述處理器接收所述信號(hào)并且響應(yīng)于所 述信號(hào)而驅(qū)動(dòng)緩和裝置。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器具有至少40對(duì)焊腳 /mm2的熱電焊腳對(duì)密度。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器對(duì)爆燃波的響應(yīng)時(shí) 間小于10毫秒。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，每一個(gè)基板的厚度都小于600微米。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器位于暴露在環(huán)境光 中的所述處理裝置的一個(gè)區(qū)域之內(nèi)。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)檢測(cè)器位于通向所述處理 裝置外的環(huán)境的一個(gè)開(kāi)口附近的所述處理裝置的一個(gè)區(qū)域之內(nèi)。
28.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述緩和裝置包括被引入到所述處理裝 置中的化學(xué)抑制劑；隔離閥門(mén)；或它們的組合。
全文摘要
提供用于阻止處理裝置著火和/或爆炸的裝置和方法。尤其，所述裝置和方法利用塞貝克傳感器或熱電發(fā)電機(jī)來(lái)檢測(cè)處理裝置內(nèi)的火焰前沿或爆燃波的傳播。檢測(cè)到爆燃波時(shí)，系統(tǒng)控制器激勵(lì)化學(xué)抑制劑或隔離閥門(mén)形式的緩和裝置以便防止損壞處理裝置。
文檔編號(hào)A62C37/10GK102112181SQ200980130976
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
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