Đầu phun chữa cháy và cầu chì nhiệt: hợp kim tan đúng lúc để cứu nhà

Đầu phun chữa cháy tự động và cầu chì nhiệt hoạt động nhờ một bộ phận được thiết kế để "hỏng" đúng ở một nhiệt độ: bóng thuỷ tinh chứa chất lỏng vỡ khi chất lỏng nở ra, hoặc chốt hàn bằng hợp kim nóng chảy thấp tan ra. Ở đầu phun, bộ phận đó vỡ là nước tuôn xuống ngay chỗ có lửa; ở cầu chì nhiệt trong nồi cơm, ấm siêu tốc, máy sấy tóc, nó chảy là mạch điện bị ngắt trước khi thiết bị bốc cháy. Màu của bóng thuỷ tinh cho biết nhiệt độ kích hoạt, phổ biến nhất là màu đỏ ở khoảng 68 °C.

Đầu phun chữa cháy tự động cấu tạo ra sao?

Đầu phun, thường gọi theo tiếng Anh là sprinkler, gắn trên đường ống luôn có nước dưới áp lực. Nó gồm vài bộ phận chính:

• Thân đầu phun nối với ống, có lỗ phun ở giữa.
• Nắp bịt đậy kín lỗ phun.
• Bộ phận cảm biến nhiệt: bóng thuỷ tinh hoặc chốt hợp kim, chống giữ nắp bịt ở đúng chỗ.
• Đĩa tán nước phía dưới, làm dòng nước phun thành mưa toả đều một vùng.

Khi bộ phận cảm biến còn nguyên, nó chịu lực đẩy của nước và giữ nắp kín. Khi nó vỡ hoặc chảy, áp lực nước đẩy nắp bật ra, nước phun xuống đĩa tán và toả thành mưa. Không có điện, không có cảm biến điện tử, không có phần mềm: chỉ là vật lý của nhiệt.

Bóng thuỷ tinh vỡ đúng nhiệt độ bằng cách nào?

Bóng thuỷ tinh nhỏ bên trong chứa một chất lỏng có hệ số giãn nở nhiệt lớn, thường là chất lỏng gốc glyxerin pha màu, và một bọt khí nhỏ. Khi nhiệt độ tăng, chất lỏng nở ra, bọt khí co lại rồi bị hấp thụ hết. Từ lúc đó chất lỏng không còn chỗ để nở, áp suất bên trong tăng vọt và làm vỡ bóng. Nhà sản xuất chỉnh nhiệt độ vỡ bằng lượng chất lỏng và kích thước bọt khí.

Màu chất lỏng là mã nhiệt độ, theo quy ước của các tiêu chuẩn quốc tế về đầu phun:

Nhiệt độ kích hoạt được chọn cao hơn nhiệt độ lớn nhất có thể có trong điều kiện bình thường một khoảng an toàn, để đầu phun không tự phun nhầm vào một ngày hè oi bức.

Chốt hợp kim chảy thấp hoạt động thế nào?

Loại đầu phun cũ hơn, và cả nhiều thiết bị an toàn khác, dùng chốt nóng chảy: hai miếng kim loại mỏng được hàn dính với nhau bằng một hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp. Khi nhiệt độ đạt ngưỡng, mối hàn chảy, hai miếng tách ra và cơ cấu nhả.

Hợp kim dùng ở đây thường là hợp kim cùng tinh, tức hỗn hợp có tỷ lệ đặc biệt nóng chảy tại một điểm rõ ràng thay vì mềm dần. Các hợp kim gốc bitmut kết hợp thiếc, chì, cadmi hoặc inđi có thể chảy ở khoảng 47–140 °C tuỳ thành phần; ví dụ quen thuộc là hợp kim Wood chảy ở khoảng 70 °C và hợp kim Rose ở khoảng 98 °C. Ngày nay các hợp kim không chì, không cadmi được ưa chuộng hơn vì lý do sức khoẻ và môi trường. Điểm chảy dứt khoát chính là thứ làm chúng hữu dụng: một vật liệu mềm dần sẽ nhả chậm, không đáng tin.

Chốt nóng chảy cũng giữ cửa ngăn cháy và van chặn khói trong ống thông gió ở trạng thái mở. Khi chốt chảy vì nóng, cửa tự đóng lại nhờ lò xo hoặc trọng lực, ngăn lửa và khói lan sang khu khác.

Từ nồi hơi đầu máy xe lửa tới đầu phun hiện đại

Ý tưởng dùng kim loại chảy thấp làm "cầu chì" có từ thời máy hơi nước. Nồi hơi đầu máy xe lửa ở thế kỷ 19 có nút chảy bằng chì hoặc thiếc vặn ở nóc buồng đốt. Nếu nước trong nồi xuống quá thấp, nóc buồng đốt hở ra và nóng lên, nút chảy tan, hơi nước phụt vào buồng đốt dập lửa và báo động cho người lái. Một mẩu kim loại rẻ tiền ngăn được vụ nổ nồi hơi.

Cầu chì nhiệt trong đồ gia dụng nằm ở đâu?

Mở một chiếc ấm siêu tốc, nồi cơm điện, máy sấy tóc, quạt điện, máy pha cà phê, thường sẽ thấy một linh kiện nhỏ hình trụ có hai chân, gọi là cầu chì nhiệt. Nó được nối nối tiếp trên đường điện và áp sát chỗ có thể quá nóng.

• Loại dùng viên hữu cơ: bên trong có viên vật liệu tan ở nhiệt độ định sẵn. Viên tan, lò xo đẩy tiếp điểm tách ra, mạch hở.
• Loại dùng hợp kim chảy: một sợi hợp kim nóng chảy thấp nối hai chân; quá nhiệt thì sợi chảy và co lại thành giọt, mạch hở.

Cầu chì nhiệt là lớp bảo vệ cuối cùng, chỉ hoạt động một lần. Thiết bị thường còn có rơ le nhiệt hoặc bộ điều nhiệt tự đóng ngắt hằng ngày; cầu chì nhiệt chỉ đứt khi mọi thứ khác đã hỏng, chẳng hạn ấm cạn nước mà công tắc không ngắt.

Những hiểu lầm hay gặp về đầu phun và cầu chì nhiệt

• "Một đầu phun bật thì cả toà nhà phun": sai với hệ thống đầu phun kín thông thường. Mỗi đầu phun hoạt động độc lập; chỉ những đầu phun đủ nóng gần đám cháy mới mở. Phần lớn đám cháy được khống chế chỉ bằng một vài đầu phun.
• "Khói thuốc làm đầu phun phun nước": đầu phun phản ứng với nhiệt, không phản ứng với khói. Khói làm kêu đầu báo khói, là thiết bị khác.
• "Cầu chì nhiệt đứt thì nối tắt bằng dây là dùng tiếp được": rất nguy hiểm. Cầu chì đứt là dấu hiệu thiết bị đã quá nhiệt vì một lỗi khác. Nối tắt là bỏ đi lớp bảo vệ cuối cùng, thiết bị có thể cháy ở lần quá nhiệt sau. Cần sửa ở thợ có chuyên môn, thay đúng loại cầu chì, đúng nhiệt độ, và tìm ra lỗi gốc.

Người dân cần biết gì để hệ thống đầu phun làm việc đúng?

Đầu phun trong căn hộ, văn phòng chỉ cứu được người khi nó còn nguyên vẹn và không bị che. Vài điều nên nhớ:

1. Không treo đồ, móc dây lên đầu phun. Lực kéo có thể làm vỡ bóng, gây phun nước, và làm hỏng đầu phun.
2. Không sơn, dán băng dính lên đầu phun khi sửa trần. Lớp sơn làm thay đổi độ nhạy nhiệt và có thể làm kẹt cơ cấu.
3. Không làm trần giả, tủ cao che khuất vùng phun; giữ khoảng trống dưới đầu phun theo quy định.
4. Va chạm làm nứt bóng thì báo ngay ban quản lý toà nhà để thay.
5. Không tự tháo đầu phun; đường ống luôn có nước áp lực.

Ở Việt Nam, thiết kế và lắp đặt hệ thống đầu phun tự động theo tiêu chuẩn quốc gia về phòng cháy chữa cháy. Ban quản lý toà nhà có trách nhiệm kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ; cư dân thấy đầu phun hỏng, bị che có thể phản ánh với ban quản lý.

Góc nhìn hôm nay: mang về được điều gì?

Thứ đáng nhớ nhất ở đây là một ý tưởng kỹ thuật đẹp: dùng điểm nóng chảy chính xác của vật liệu làm công tắc an toàn, không cần nguồn điện, không cần người canh. Lần tới ngẩng lên trần hành lang, hãy tìm đầu phun và nhìn màu bóng: màu đỏ nghĩa là nó đang chờ ở khoảng 68 °C. Và nếu một chiếc ấm điện trong nhà "tự nhiên chết hẳn" sau một lần đun cạn, rất có thể cầu chì nhiệt đã làm đúng việc của nó.