ZESPÓŁ AUTORSKI

Politechnika Świętokrzyska w Kielcach

dr inż. Jacek Wilk-Jakubowski

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

W obecnych czasach do gaszenia płomieni najczęściej stosowanymi urządzeniami gaśniczymi są gaśnice wypełnione środkiem gaśniczym, odpowiednio dobranym w zależności od rodzaju pożaru. Ponieważ wyczerpanie środka gaśniczego wiąże się z koniecznością jego ponownego uzupełnienia, co jest czasochłonne, a czynność tę może wykonywać jedynie wykwalifikowany personel, gaśnice te nie nadają się do wielokrotnego użycia w przypadku gaszenia płomieni. Ponadto wykorzystanie tradycyjnych gaśnic nierzadko skutkuje uszkodzeniem sprzętu lub elementów wyposażenia danego pomieszczenia oraz wiąże się z koniecznością okresowych prób ciśnieniowych zbiorników. Innym mankamentem klasycznych gaśnic jest krótki czas pracy oraz możliwość zanieczyszczenia środowiska (w tym pozostawianie zabrudzeń przez środek gaśniczy). Poza tym tradycyjne gaśnice nie nadają się do uniwersalnego stosowania przy gaszeniu pożarów różnego rodzaju materiałów. Stosowanie niektórych gaśnic może stanowić zagrożenie dla zdrowia. Przykładowo gaśnica halonowa wypełniona jest cieczą o bardzo niskiej temperaturze parowania, taką jak halon 1211 czy halon 1301. Ponieważ w trakcie gaszenia pożaru wydzielają się szkodliwe gazy, stanowiące zagrożenie dla zdrowia człowieka, pomimo faktu, że gaśnice te odznaczają się bardzo dobrą skutecznością spośród wszystkich klasycznych środków gaśniczych, wycofuje się je z użycia. Zgłaszane w ramach konkursu wynalazki stanowią odpowiedź na poszukiwanie nowych innowacyjnych metod gaszenia płomieni oraz są konkurencyjne w stosunku do tradycyjnych rozwiązań gaszenia pożarów, takich jak: woda, piana/płyn gaśniczy, proszki gaśnicze, dwutlenek węgla i inne gazy gaśnicze, piasek, czy gaśnice halonowe/z czterochlorkiem węgla – obecnie wycofywane z rynku ze względu na wysoką toksyczność. Przedmiotem obu wynalazków są nowatorskie urządzenia wykorzystujące naturalne mechanizmy propagacji fal dźwiękowych do gaszenia płomieni zarówno w pomieszczeniach zamkniętych, jak również w otwartej przestrzeni. Czynnikiem gaszącym płomienie są drgania membran źródeł dźwięku w postaci głośników niskotonowych. Drogą eksperymentu można wykazać, że drgania fali akustycznej prowadzą do zaburzenia ruchu cząsteczek powietrza. Kiedy membrana głośnika wychyla się z położenia równowagi, powoduje ruch cząstek powietrza, które pomimo znikomej masy posiadają pewną bezwładność, stawiając opór poruszającej się membranie. W konsekwencji zagęszczenie cząstek skutkuje wzrostem ciśnienia. Jednocześnie rozpędzone cząstki przekazują swoją energię sąsiednim cząstkom powietrza, wprawiając je w ruch. Membrana po osiągnięciu pełnego wychylenia rozpoczyna wibrację w przeciwną stronę, wytwarzając przed sobą obszar rozrzedzonego powietrza (podciśnienia), wskutek czego cząstki powietrza zostają zawrócone. Generowane, zmodulowane oraz skupione fale akustyczne o niskiej częstotliwości i dużej mocy można skutecznie wykorzystywać do gaszenia pożarów różnych klas. Zgłaszane w ramach konkursu wynalazki z pewnością znajdą zastosowanie przy gaszeniu pożarów typu B i C. Ponieważ fale akustyczne nie są wytworem chemicznym, ich stosowanie nie zanieczyszcza środowiska i nie powoduje wydzielania szkodliwych dla zdrowia gazów. Korzyścią z ich stosowania jest brak konieczności uzupełniania środka gaśniczego (urządzenie wykorzystuje fale akustyczne, zatem wymagany jest jedynie dostęp akumulatorowy lub sieciowy do zasilania), a także brak konieczności podlegania okresowym próbom ciśnieniowym zbiornika. Poza tym istnieje możliwość montażu urządzenia na stałe np. na etapie budowy budynku lub konstrukcji pojazdu transportu indywidualnego lub zbiorowego (np. w filarach czy podłodze). Główną korzyścią technologii jest możliwość zastosowania jej jako samodzielny system przeciwpożarowy, w miejscach szczególnie narażonych na pożar (zastępujący obecne rozwiązania rynkowe) np. w szafach rackowych, w stacjach transformatorowych, w jednostkach stacjonarnych i niestacjonarnych oraz w jednostkach kosmicznych, lub jako uzupełnienie obecnych systemów gaśniczych (jako dodatkowy środek ochrony).

ISTOTA WYNALAZKU

Oba zgłaszane w ramach konkursu wynalazki różnią się przede wszystkim konstrukcją od znanych obecnie rozwiązań. Urządzenie, według wynalazku A1 427999, stanowi odpowiedź na poprawę skuteczności gaszenia płomieni w przypadku braku zgodności faz fal akustycznych emitowanych na wylocie urządzenia przez przednią i tylną powierzchnię membrany źródła dźwięku (niedogodnością znanych obecnie rozwiązań jest brak wykorzystania materiałów wytłumiających energię promieniowaną przez tylną powierzchnię membrany, co na skutek zjawiska interferencji destruktywnej, przekłada się na zmniejszenie mocy emitowanej fali). Dodatkowym mankamentem są zniekształcenia w przetwarzaniu głośnika oraz niekorzystne drgania ścianek obudowy urządzenia. Jednym z rozwiązań tego problemu, oprócz przesunięcia fazowego promieniowania generowanego przez tylną powierzchnię membrany głośnika w celu zwiększenia mocy fali akustycznej generowanej na wylocie urządzenia, jest zminimalizowanie wpływu tego promieniowania poprzez zastosowanie materiału, który ma za zadanie zaabsorbować to promieniowanie. Fala, która emitowana jest w materiale tłumiącym, odbija się od jego wewnętrznych komórek, wytracając swoją energię wskutek tarcia, które zamieniane jest na ciepło. W konsekwencji fale emitowane z tylnej powierzchni membrany głośnika ulegają tłumieniu, a tym samym następuje zmniejszenie ich oddziaływania na fale emitowane z przedniej powierzchni membrany głośnika niskotonowego. Urządzenie, według wynalazku A1 428002, stanowi odpowiedź na poszukiwanie nowatorskich metod gaszenia płomieni falami akustycznymi, używając do tego celu oprócz mocy akustycznej fal emitowanych przez przednie powierzchnie membran głośników jako źródeł dźwięku, również mocy akustycznej fal emitowanych przez tylne powierzchnie membran głośników. Wynalazek wykorzystuje ruch cząsteczek zawartych w powietrzu, którego czynnikiem sprawczym są drgania membran głośników niskotonowych, wskutek generacji odpowiednio zmodulowanych i wzmocnionych sygnałów akustycznych o określonej częstotliwości i mocy. Kuliste fale dźwiękowe zwiększają prędkość ruchu cząsteczek zawartych w powietrzu na krawędzi płomieni, przekładając się na zredukowanie obszaru, na którym następuje proces spalania. W konsekwencji płomienie są osłabiane, aż do ich całkowitego ugaszenia.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

W przyszłości planuje się skomercjalizowanie rozwiązań ze względu na duże zainteresowanie bezpiecznym dla środowiska sposobem gaszenia ognia. Technologia jest obecnie na poziomie 4 gotowości technologicznej TRL, ponieważ zweryfikowano komponenty technologii w warunkach laboratoryjnych, czyli na przestrzeni otwartej, a nie przeprowadzono jeszcze w podobnej skali testów w pomieszczeniach zamkniętych (jako następny krok planowane są testy w pomieszczeniu zamkniętym). Wyniki będą mogły zostać praktycznie wykorzystane na potrzeby gaszenia pożarów w przestrzeni otwartej, a docelowo w pomieszczeniach zamkniętych (np. serwerownie, budynki przemysłowe, linie produkcyjne, środki indywidualnego i zbiorowego transportu). Urządzenia cechują się: • Niższymi kosztami eksploatacji i gaszenia pożarów niż w przypadku tradycyjnych metod wykorzystujących zużywalne środki gaśnicze (proszki, piany, gazy),
• Nieinwazyjnym charakterem działania (fale akustyczne nie są wytworem chemicznym), w odróżnieniu od obecnie stosowanych środków gaśniczych np. pianki gaśniczej czy wody, które mogą powodować zniszczenia i degradację środowiska (szczególnie halon jest niebezpieczny ze względu na niekorzystny wpływ na zdrowie ludzkie),
• Brakiem konieczności podlegania cyklicznym próbom ciśnieniowym, które są obowiązkowe dla tradycyjnych gaśnic (raz na 10 lat), dzięki czemu rozwiązania są diametralnie tańsze od obecnie stosowanych,
• Nieograniczonym czasem działania w stosunku do typowych gaśnic. Urządzenia można zamontować na stałe np. na etapie budowy budynku lub konstrukcji pojazdu.
Technologia byłaby dobrym uzupełnieniem automatycznych systemów gaśniczych/ alarmowych w specyficznych pomieszczeniach. Jako specyficzne pomieszczenia należy wymienić:
• Serwerownie,
• Skarbce,
• Ładownie statków,
• Ładownie samolotów,
• Wagony pociągów,
• Magazyny,
• Zbiorniki cieczy palnych,
• Hale produkcyjne i jakiekolwiek pomieszczenia produkcyjne narażone na wysokie prawdopodobieństwo pożaru, itp.
Spectrum branż w jakich można zastosować technologię jest jeszcze większe, przede wszystkim są to branże:
• Budowlana,
• Transportowa,
• Elektroniczna,
• Wydobywcza,
• Chemiczna,
• Pożarnicza,
• Wszystkie inne branże narażone na pożary.
Jako potencjalną wadę, można wymienić specyficzne użytkowanie urządzeń (określone obiekty/pomieszczenia) oraz wielkość konstrukcji – jednakże można tę niedogodność zniwelować poprzez montaż na etapie budowy budynku lub konstrukcji pojazdu. Przy próbie zmniejszenia gabarytów urządzenia automatycznie traciłyby na jakości gaszenia, jednak można zbudować ich mniejsze wersje. Z racji na innowacyjność i nowatorskość rozwiązań konkurencja rynkowa dla danych wynalazków nie istnieje. W związku z tym konkurencją pośrednią, jak i potencjalnymi odbiorcami będą producenci pozostałych rozwiązań gaśniczych.