CN100360885C - 用于快速大量生产固态co2粒料的设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种轻便、高移动性和高效的用于瞬间生产大量固态二氧化碳(CO2)粒料的设备。所述设备使用通过喷嘴排放和膨胀的液态CO2，液态CO2经过膨胀达到液相、气相和固相能够共存的三相点状态，并可通过现有技术中众所周知的方法瞬间形成气相CO2和雪粉状CO2的混合物。气态CO2(80)排放到大气中，或者回收再次转变为液态CO2。雪粉聚集成较大雪片，然后通过转子(82)压缩成处于压缩结构的粒料，所述转子具有可径向移动的叶片(90)，所述叶片可形成与壳体的内部相关的容积可变的容槽(94)，以将雪片压缩成粒料。所述粒料可从所述壳体排放到过渡仓中，所述过渡仓包含用于将所述粒料运送到空气排放口(142)的转子(118)，所述空气排放口与压缩结构分离，以有利于将所述粒料运送到使用点例如火点灭火。

Description

用于快速大量生产固态CO2粒料的设备
技术领域
本发明涉及一种轻便、高移动性和高效的用于瞬间生产大量密实固态二氧化碳粒料(CO2 pellet)的设备。所述设备使用通过喷嘴排放并膨胀达到三相点状态的液态CO2，在三相点状态下，固态、液态和气态形式的CO2能够共存，并可通过现有技术中众所周知的方法瞬间形成气相CO2和雪粉状CO2的混合物。气态CO2排放到大气中，或通过真空回收系统回收而再次转变为液态CO2，或用于灭火。雪粉聚集成较大雪片，然后较大雪片通过偏心支撑的转子压缩成粒料，所述转子具有安装在其径向狭槽中可径向移动的翼片或叶片。所述转子和叶片形成了与部分转子壳体的内表面相关的沿着圆周方向移动的容槽，以在所述转子和叶片向粒料排放点转动而使所述容槽的容积减小时将雪片压缩成粒料。所述叶片包含延伸至它们的外边缘的狭槽，所述狭槽容纳着牢固地安装在所述部分转子壳体上的分隔板，以沿着所述转子、壳体和相邻叶片的长度方向将所述细长容槽分隔成较小的容槽来形成较小的粒料。较小粒料从所述部分转子壳体排放到过渡仓中，所述过渡仓包含一个壳体和具有叶片的转子，以将粒料运送至与粒料压缩结构隔离的排放口。所述过渡仓包含一个用于排放粒料的空气排放口，以有利于将粒料运送至使用点例如火点灭火。
背景技术
由CO2雪粉形成CO2粒料众所周知。这种粒料已用于各种目的，例如，喷射到一个表面上时的喷丸处理、运送材料、中和环境空气中的有害物质、快速冷冻食品或其他材料以及类似目的。
以下美国专利公开了液态CO2的各种用途，包括从液态CO2形成CO2粒料的设备：
4033736；5355962；4389820；5419138；4977910。
尽管某些现有专利公开了用于形成CO2粒料的设备，但包括慢启动、低产量的操作特性和包括大且重的构件的结构元件以及操作所需的功率已限制了用于各种用途的CO2粒料的使用。
例如，在美国专利No.4033736中，叶轮80相对于壳体30偏心安装。雪粉由位于壳体和叶轮之间的液态CO2形成。当叶轮转动时，雪粉通过挤压通道52径向移位，在挤压通道52中，雪粉基本上通过弹簧76的反作用压缩。在本发明中，当由所述壳体、转子和转子上的可径向移动叶片形成的容槽沿着圆周移动和因所述转子和壳体之间的偏心关系使容积减小时，雪粉就会在所述转子和壳体之间沿着圆周移动时得到压缩。
美国专利No.5419138公开了使用液压滑块将CO2雪粉压缩成粒料，并描述了用于生产CO2粒料和雪粉的现有设备的发展、这种粒料和雪粉的用途以及现有技术的工作参数。所述设备的产量低，并且启动时间长。而且，结构重和需要相当大的功率操作。
相比而言，本发明的设备可提供高密度固态CO2粒料的瞬间、大量生产，并且需要很小的功率输入，以便在希望使用这种粒料扑火、降低污染和其他各种用途的情况下能够“现场”生产粒料。
发明内容
具有或不具有雪粉的气态二氧化碳用于扑火，特别是在某些危险情况下，已有多年。在哈龙(halon)系统开发之前，CO2是唯一的用于有效地扑灭除了含有自己的氧气源的某些活性金属和材料以外的绝大部分材料着火的气态火焰抑制剂。气态二氧化碳是一种理想的火抑制剂，这是由于其不可燃，不会产生自身的分解物，能够提供自身加压以便从储存容器中排出从而不需要另外的加压操作、不会留下任何残留物从而不需要药剂清除，与绝大部分材料相对不起反应，因其在环境条件下为气体从而能提供三维保护，不导电，以及能够用于存在通电电气设备的场合。然而，由于不能从距离远大于10-15英尺的地方将气态CO2输送到火点，因此气态CO2作为火抑制剂或灭火剂已受到了某些限制。而且，现有技术装置不能产生可被远距离输送的量足够大CO2粒料，以有效地抗击火灾和污染。
由于受到美国环保署(EPA)要求淘汰消耗臭氧的物质的法规的限制，基于哈龙的系统正逐渐遭到淘汰。使用二氧化碳被认为是一种替代性技术，本发明提供了使用CO2代替可能损害环境的哈龙灭火剂或其他消耗臭氧的物质例如各种发泡制剂和类似物的措施。
本发明的一个目的是提供一种通过使用高移动性的相对较小的轻便结构能由加压液态二氧化碳瞬间生产大量高密度的固态二氧化碳粒料的设备。本发明的一个实施例具有小于大约100磅的总重量、大约30英寸的高度和大约6-12英寸的深度和宽度，并且可用小马力的电机驱动。上述尺寸可根据预期输出来变化。作为一种替代性方法，所述设备也能用小马力的汽油或柴油发动机驱动。上述实施例每小时能够生产大约600-800磅的CO2粒料，具体取决于构件的尺寸和转子的转速。所述设备具有大约3秒的启动时间，从而，提供了一种非常有效、便宜和快速启动的火抑制剂系统。
本发明的另一个目的是提供一种根据本发明和上述目的的用于生产二氧化碳粒料的设备，所述设备包含一个接收加压液态二氧化碳的分流管，所述液态二氧化碳通过多个喷嘴排放到正方形膨胀管中，在所述正方形膨胀管中，所述液态二氧化碳转化为气态二氧化碳和雪粉的混合物。所述气态二氧化碳排出到大气中或排放到蒸汽回收系统。通过使CO2膨胀而形成在膨胀管中的雪粉在转子系统的容槽中聚集，然后被压缩成固态二氧化碳粒料。
本发明的又一个目的是提供一种根据上述目的的用于生产固态二氧化碳粒料的设备，其中，用于将聚集的雪粉压缩成粒料的结构包含一个呈大致部分圆柱形的壳体，所述部分圆柱形壳体具有一个支撑在其中并具有相对于其曲率中心偏心的旋转轴线的圆柱形转子。所述转子包含容纳着可径向移动的翼片或叶片的径向狭槽，所述翼片或叶片具有被保持成与所述部分圆柱形壳体的内部紧密接触的外边缘，以形成除了叶片中的用于容纳所述部分圆柱形壳体上的弧形分隔板的狭槽以外而为封闭的多个封闭容槽。当所述转子沿着所述部分圆柱形壳体的内表面转动和移动所述叶片时，所述叶片将会相对于所述转子径向移动，从而，在由所述部分圆柱形壳体、转子和叶片形成的封闭容槽从入口大容积移动到出口小容积时能将雪粉和雪片沿着圆周移位压缩成固态二氧化碳粒料。所述部分圆柱形壳体上的分隔板将形成在每个容槽中的粒料切割成多个较小粒料，然后将较小粒料从所述转子中排出。
本发明的另一个目的是提供一种根据上述目的的设备，其中，CO2通过位于任一个或两个侧壁中的喷嘴导入压缩机中，所述侧壁上具有的所述喷嘴包含一个能使液态CO2膨胀到其三相点的孔口。
本发明的还一个目的是提供一种如上述目的中定义的用于生产二氧化碳粒料的设备，其中，前壁与所述部分圆柱形壳体相对布置，并包含凸出的翅片，所述翅片容纳在所述叶片狭槽中，以防止雪粉向下下落通过转子和前壁。所述设备还包含当所述容槽移过所述分隔板末端时与容槽相连的加压空气源，以保证将密实固态粒料从所述容槽中移出。
本发明的另一个目的是提供一种根据上述目的的用于生产二氧化碳粒料的设备，其中，较小粒料被从所述转子排放到用于接收固态粒料的过渡仓中。所述过渡仓包含一个圆柱形壳体，所述壳体具有一个粒料入口和一个转子，所述转子具有从其延伸得与所述壳体的内表面连续接合的径向叶片。所述转子和叶片绕着与所述圆柱形壳体的轴线同心的轴线转动，并形成了多个具有恒定容积的容槽。所述壳体包含一个远离所述粒料入口的粒料出口，并且还包含一个与所述过渡仓壳体的相反端连通的空气流入口和出口。通过所述壳体的空气流能携带固态二氧化碳粒料和将所述粒料从所述过渡仓运送至使用或储存点。
本发明的又一个目的是提供这样一种用于生产CO2粒料的设备，其中，粒料借助于重力作用从粒料压缩机中排出，液态CO2在一个管中膨胀，并将雪粉排放到位于所述压缩机中的容槽中，同时收集CO2气体以便后来使用。
本发明的另一个目的是提供一种根据上述目的的设备，其中，所述压缩机转子绕着一根中心轴线转动，并且所述压缩机具有一个与所述转子和叶片协同作用的偏心内部，以将CO2雪粉压缩成粒料。
本发明的还一个非常重要的目的是提供这样一种用于生产二氧化碳粒料的设备，即所述设备重量轻，总体尺寸小，能够非常容易地运输，制造和操作便宜，能够容易、快速地启动和操作，能够生产大量二氧化碳粒料以有效地用于扑火或其他用途。
下面，通过参看构成了本发明的一部分的附图对结构和操作细节进行更充分地描述和提出权利要求，可使上述目的和其他目的及优点变得显而易见，其中，在所有附图中相同的附图标记表示相同的部件。
附图说明
图1是沿着可转动转子的轴线所作的根据本发明的用于形成二氧化碳粒料的设备的局部竖直剖视图；
图2是沿着图1中的剖切线2-2所作的局部竖直剖视图，图中示出了本发明的膨胀和粒料压缩构件；
图3是沿着转子的旋转轴线所作的所述转子、叶片和壳体的详细水平剖视图；
图4是用于粒料压缩结构中的一个所述可移动转子叶片的放大正视图；
图5是液态CO2分流管的纵向剖视图，图中示出了膨胀喷嘴的结构；
图6是所述分流管的底部俯视图，图中示出了所述膨胀喷嘴的位置；
图7是正方形膨胀管的上端的局部侧面正视图；
图8是用于所述转子的支承壳体的前壁的局部正视图，图中示出了位于所述前壁的面对所述转子的表面上的翅片；
图8A是所述支承壳体的前壁的侧面正视图，图中示出了所述翅片的结构；
图9是详细示意图，图中示出了所述转子叶片和所述翅片之间的关系；
图10是接收雪粉和气态CO2的一个容槽的示意图；
图11是安装在部分圆柱形壳体上的一个分隔板的详细视图；
图12是分隔板的视图，图中示出了用于将形成在容积减小的容槽中的粒料切割成较小粒料的带斜边的上端；
图13是局部剖视图，图中示出了空气入口与所述转子和所述容槽的关联，以将粒料从所述转子中移出；
图14是用于接收从所述转子容槽排放的固态密实CO2粒料和控制粒料从所述设备中的排放的过渡仓的竖直剖视图；
图15是所述过渡仓的水平剖视图，图中示出了空气流入口和出口；
图16是与图1相似的纵向竖直剖视图，图中示出了使用了用于将CO2导入压缩机的喷嘴的设备的另一个实施例；
图17是图16中所示的本发明实施例的横向剖视图；
图18是用于本发明的所述实施例中的粒料切割板条的详细视图；
图19是纵向竖直剖视图，图中示出了本发明的又一个实施例；
图20是本发明的还一个实施例的竖直剖视图，其中，转子绕着一根中心轴线转动，壳体包含一个偏心内部。
具体实施方式
尽管仅详细地描述了本发明的两个优选实施例，但可以理解，实施例是仅作为说明而给出的。不应认为，本发明的范围局限于下面描述所给出的或附图中所示的构件的结构和布置的细节。而且，在描述优选实施例的过程中，为了清楚起见，使用了特定的术语。可以理解，每个特定的术语包含为实现相似目的而以相似方式操作的所有技术上的等同替换。
根据本发明的用于快速地生产大量二氧化碳粒料的设备示于附图中，并总体上以附图标记10表示。该设备包含壳体12，其支撑着旋转式CO2压缩机14，该压缩机在其入口区域与用于供给液态CO2的供给膨胀组件16连通，在其排放区域与过渡仓18连通，以对由压缩机14形成的密实固态CO2粒料的排放进行控制。
壳体12包含：大致水平布置的底板19；一对向上延伸、间隔并大致平行的侧壁20，其中每个侧壁大致呈矩形结构，而且刚性连接着底板19。如图2所示，直立前壁22刚性连接着底板19，并在侧壁20之间向上延伸，而且终止于上边缘24，该上边缘24明显低于侧壁20的上边缘。局部后壁26与前壁22间隔并大致平行地布置，同时竖直地从底板19上延伸，而且相对于侧壁20的后边缘与它们隔开地在侧壁20之间延伸和刚性连接着侧壁20。后壁26的上端终止于明显低于前壁22的上边缘24的位置处，并刚性连接着弧形的部分圆柱形转子壳体28，该壳体28具有与后壁26的前表面对正并刚性连接着后壁26的上边缘的下端边缘30。如图2所示，部分圆柱形转子壳体28在侧壁20之间延伸，并刚性连接着所述侧壁20，而且包含上端边缘32，该上端边缘32相对于转子壳体28的下端边缘30侧向向着侧壁的后边缘偏置。
用于收集气态CO2的封闭收集室34以下面描述的方式从前壁22向前延伸。如图2所示，收集室34包含与前壁22隔开的前壁36、底壁38、侧壁40以及向上倾斜的顶壁42，其中顶壁42相对于前壁22的上边缘24隔开地从前壁36的上边缘延伸至位于侧壁20上角部之间的一点。收集室34的前壁36包含一个管状件44，其邻近于底壁38但相对于底壁38又间隔一段距离地延伸穿透前壁36，用于将气态CO2从收集室排放到大气或真空回收系统中。
用于供给液态CO2的供给膨胀组件16包含供给管或软管46，其与含有液态CO2供料的阀控式加压罐(未示出)连通，液态CO2能够通过管46流入横向细长分流管48中。如图5和6所示，分流管48包含顶壁50，其具有与供给管46连通的开口52。分流管48包含由底壁56和顶壁50限定的中央纵向通道54。水平设置的所述通道54终止于与分流管的一端间隔一段距离处，并且在所述一端的相反端上设有插塞封头58。底壁56包含多个纵向间隔布置的螺纹孔60，它们从通道54延伸至底壁56的下表面。喷嘴61安装在每个螺纹孔60中，以控制液态CO2的流动。分流管的每个侧边缘分别包含一个下垂凸缘62。多个正方形膨胀管64支撑在凸缘62之间，并且如图7所示，每个凸缘62分别在其外表面上包含横截面积减小的上端66，以使上端66能够嵌装在位于分流管上的凸缘62之间和使膨胀管64刚性固定在分流管48上。
膨胀管64从喷嘴61接收CO2，并限定了膨胀区域，在该区域中，可使通过每个喷嘴61的限流路径的液态CO2膨胀和到达三相点，在这种情况下，CO2雪粉和气态CO2形成并通过正方形膨胀管64向下排放。
膨胀管64的下端嵌装在倾斜间隔布置的平行壁68和70之间，该壁68和70在壳体12的侧壁20之间延伸，并刚性固定在侧壁20上。壁70和68沿着管64的相对表面的下部分向上延伸，并且管64刚性固定在壁70和68上。如图2所示，壁68和70邻近于侧壁20的上角部在侧壁20之间延伸，并且壁70的下边缘通常与前壁22的上边缘24对正但又竖直间隔一段距离。收集室34的顶壁42连接着壁70的下边缘部分。如图2所示，另一个壁68在侧壁20之间比壁70向下和向内延伸更大距离，并包含呈板形的侧向延伸凸缘72，该凸缘72具有固定在壁68的下边缘部分上的向上翻转的上边缘74和与部分圆柱形转子壳体28的上边缘搭接和咬合的终端边缘部分76。
供给膨胀组件16与壳体12的竖直方向倾斜一个角度而不是竖直向上地从壳体12上延伸，以便降低设备的总体高度和当膨胀的CO2沿着正方形管64的下壁表面向下移动而撞击时有利于雪粉聚集成更大颗粒或薄片。如箭头78所示，雪状和气态CO2沿着与竖直方向倾斜一个角度的方向向下进入壳体12中的位于压缩机14上方并与压缩机14隔开的区域中。气态CO2将从雪粉中分离，并通过位于前壁22的上边缘24与壁70的下边缘之间的空间排放到收集室34中，从而气体能够如箭头80所示向下进入收集室34中，以通过管状出口44排放。
压缩机14包含大致圆柱形转子82，该转子在壳体12的侧壁20之间延伸，并在其每端上包含杆轴84，该杆轴84延伸穿过侧壁20并被支撑轴承或轴衬86转动地支撑在侧壁20中。两个杆轴中较长的一个杆轴84以任何众所周知的方式连接着驱动马达(未示出)。驱动马达可以是小马力电机或小马力汽油或柴油发动机或其他动力源，以便以各种速度转动转子。
转子82包含多个径向狭槽88，这些狭槽在转子的外周上沿着圆周方向间距相同，并且从外表面向内延伸相同距离。呈矩形结构的可移动叶片90分别定位在每个狭槽88中，并且叶片90能够在狭槽88中径向移动。如图1和3所示，叶片90比侧壁20之间的距离稍长，并且每个叶片的末端分别被容纳在位于侧壁20的相对内表面中的向内面向的腔室92中。如图2所示，每个腔室92的外周与前壁22的上端部分的内表面大致相切，并且腔室92的外周与部分圆柱形转子壳体28的内表面相重合。因此，当叶片90的末端沿着圆形路径移动时，叶片的外边缘就会紧密地接触部分圆柱形转子壳体28的内表面和腔室92的内部上表面。转子82绕着相对于圆形腔室92的中心和转子壳体28的部分圆柱形内表面的中心轴线偏心的轴线而被支撑着转动。这样，当叶片90沿着部分圆柱形转子壳体28的内表面向着由部分圆柱形转子壳体28的下端边缘30限定的排放点移动时，就会使叶片90从它们面对着膨胀管64和板形凸缘72时的伸展位置向着转子82径向向内移动。在转子82和叶片90的转动过程中，叶片90沿着圆形路径移动，所述圆形路径具有与转子82的旋转中心分开的轴线。
当叶片90的外边缘与壳体28接触时，相邻叶片90的外边缘和转子82的外表面形成了沿着转子的长度延伸的容槽94。容槽94被多个优选九个分隔板96分隔，这些分隔板牢固地安装在壳体28中的浅槽97中，并从部分圆柱形转子壳体28的部分圆柱形内表面向内凸出。每个分隔板96分别包含弧形外边缘98和圆周内边缘100，其中弧形外边缘98与部分圆柱形转子壳体28的内表面中的部分圆柱形槽97对应，圆周内边缘100相对于边缘98偏心布置并与转子82的圆柱形外表面相重合。转子82的圆形表面的中心相对于由腔室92和部分圆柱形转子壳体28的内表面限定的圆柱形表面的中心偏心布置。每个分隔板96分别包含与部分圆柱形转子壳体28的下端边缘30对应和对正的排放端102。每个分隔板96还分别包含上端边缘104，其从每个侧面向中心点倾斜，并且与部分圆柱形转子壳体28的上端边缘32对正，以将每个容槽94中的粒料切割成用于从每个容槽94排放的八个尺寸大致相同的较小粒料95。每个分隔板96的排放端边缘102被止挡带103咬着，所述止挡带103有助于将分隔板96如图3所示限定在部分圆柱形转子壳体28的槽97中的适当位置上。
每个叶片90分别包含多个纵向间隔的狭槽106，所述狭槽延伸至叶片的外边缘，并与分隔板96对正和容纳着分隔板96。当叶片90从与部分圆柱形转子壳体28的上端边缘32对正的位置转到与部分圆柱形转子壳体28的下端边缘30对正的位置时，一旦每对相邻叶片90通过部分圆柱形转子壳体28的上端边缘32容槽就会关闭。关闭的容槽的容积逐渐降低，直到它们通过部分圆柱形转子壳体28的下端边缘30和止挡带103为止，并且当容槽94容积减小时容槽94内的雪粉已经得到了压缩和固化。然后，密实雪状粒料沿着由前壁22和后壁26限定的表面通过底板19中的开口108向下排放，以排放到过渡仓18中。
如图2、8、8A和9所示，前壁22的内表面设有多个平行间隔布置的翅片110，当叶片向上移动通过所述翅片110时它们向内延伸到叶片90中的狭槽106中。位于狭槽106中的翅片110可防止雪粉通过叶片90中的相对较宽的空闲狭槽106落入由侧壁20、后壁26和前壁22限定的粒料室中，从而可防止与从转子82排放的粒料95混合。
由于由叶片90的伸出了转子82的外表面的外边缘限定的容槽94包含由相邻叶片限定的平行表面和由转子的外表面限定的纵向直面，因此在将雪粉和气态CO2从正方形膨胀管64中排出时，膨胀管的正方形结构就变得具有非常重要的意义。这样，当雪粉和气态原料进入容槽94时，气态原料将逆转其流路并部分通过叶片中的狭槽106排出，从而可使大致为矩形结构的整个容槽94更均匀地充满着雪粉。如图10所示，即使在膨胀管64的下边缘之间通过并进入容槽94中之后的雪粉所附带的任何气态CO2也能够通过逆流借助狭槽106逸出，因此可使容槽完全充满着雪粉。
如图13所示，为了在粒料已被最终压缩之后将压缩和固化的CO2粒料95从容槽94中移出，在任一个或两个侧壁20上设置一个空气入口114，其在每个容槽94刚通过部分圆柱形转子壳体28的排放端边缘30和止挡带103之后与每个容槽94对正。空气入口114与空气的加压源连通，以便当作为容槽94的引导叶片的叶片90通过转子壳体28的下端边缘30和止挡带103时，空气压力能够保证在粒料转出转子壳体28的下端边缘30、分隔板96的排放端边缘102和止挡带103时将所有CO2粒料排出，从而能够保证将所有CO2粒料通过排放口108从容槽94移入到粒料室中，然后进入过渡仓18中。如图14和15所示，过渡仓18包含圆柱形壳体116，所述壳体116具有支撑在其中的转子118，并且该转子118可绕着与壳体116同心的轴线转动地驱动。转子118包含多个径向叶片120，所述径向叶片120可在转子118中的槽122中移动和伸至与壳体116的内表面124接触。转子118、叶片120和壳体116的内表面124形成了多个沿着圆周延伸的容槽126。圆柱形壳体116在其上四分之一部分中包含一个弧形延伸的入口开口128，所述入口开口128与底板19中的排放口108对正，用于从此处接收粒料136。下垂导块或板130从底板19下垂至在入口开口128的下边缘与壳体116大致相切的位置，以在转子118如箭头132所示发生逆时针转动的过程中将粒料136限定在容槽126中。如图所示，转子118包含六个狭槽122和六个叶片120，并且每个叶片均通过位于狭槽122的底部和叶片120的内边缘之间的弧形或锯齿形扁平弹簧134向外推压成与壳体116的内表面124接合。
因此，相邻叶片120与转子118的外表面以及壳体116的内表面形成了多个沿着圆周定位的容槽126。转子118可由小马达驱动，或由驱动压缩机14的转子82的相同马达驱动。
当转子118转动时，已从压缩机14排放出的密实粒料136就会在连续容槽126与开口108和128对正时借助于重力下落和装入容槽之中。容槽126当从与开口128对正的位置向壳体116的下部分移动时会被隔离。如图15所示，在壳体116的下部分上，其一个端壁设有与空气的加压源连接的空气入口138，在壳体116的相反端上，设有比空气入口138稍大的空气和粒料出口140。从入口138进入壳体116然后从出口140排出的空气流将会携带和排放粒料并将它们运送到使用点、储藏区域或类似地点。如果任何空气当容槽126与入口138和出口140对正时在压力作用下被捕获在容槽126中，其将在容槽126即将再次充满固态二氧化碳粒料136的过程中并当容槽与开口128对正之前而与壳体116中的空气排放口142对正时通过排放口142排出。
图16-18示出了本发明的第二个实施例，其中，液态CO2被导入旋转的压缩机210中，所述压缩机210包含壳体212，该壳体的任一个或两个侧壁216中穿过有膨胀喷嘴214。喷嘴214包含安装在侧壁216中的孔眼220中的凸部218，并且包含一个小直径的孔口222，液态CO2通过该孔口，然后膨胀和到达其三相点，并使雪粉和气态CO2排放到与图1-12所示的容槽94相似的容室或容槽224中。压缩机210包含一个偏心转子226，其设有可径向移动的叶片228，所述叶片228具有与壳体212的内部接合以形成封闭容室224的径向外边缘，用于在转子以与图1-12中所示的相似方式转动时将雪粉压缩成长块状CO2。叶片228的外边缘中具有狭槽230，以在其中容纳弧形阻塞体232。阻塞体232  伸了比相邻叶片228之间的距离更长的弧形距离，以形成用于封闭狭槽230的封闭件，从而可避免气态CO2快速地排放到大气中。一组阻塞体232定位在喷嘴214的相反侧上，并使与接近喷嘴214的叶片228相关的阻塞体232比与远离喷嘴214并向壳体212中的大粒料排放区域234移动的叶片228相关的阻塞体232长，以便在能对气体流到大气进行限流的情况下限定雪粉。
排放区域234绕着壳体212的外周从大致沿着直径方向与喷嘴214相对的位置延伸大约135°，以便能使粒料在重力作用下从转子、叶片和壳体上下落。在排放区域234定位有粒料切割器236，如图18所示，其呈设有凸部240的板条238的形式，其中凸部240伸入叶片228中的狭槽230中，以将压缩块料切割成粒料。同样，如图13中所示的空气辅助排放也可用于在排放区域234辅助地将密实粒料从容室224中排出。
如图19所示的根据本发明的用于快速生产大量二氧化碳粒料的设备总体上以附图标记310表示。所述设备包含壳体312，其支撑着旋转式CO2压缩机转子314，所述转子314在设备的入口区域与用于供给液态CO2的供给膨胀组件316连通，并以与图2相似的方式与能将粒料排放到过渡仓的出口318连通。
壳体312包含：大致水平布置的底板319；一对向上延伸、间隔并大致平行的侧壁320，其中每个侧壁大致呈矩形结构，而且刚性连接着底板319。如图19所示，直立前壁322刚性连接着底板319，并在侧壁320之间向上延伸，而且终止于明显比侧壁320的上边缘低的上边缘324。局部后壁326与前壁322间隔并大致平行地布置，同时竖直地从底板319上延伸，而且相对于侧壁320的后边缘与它们隔开地在侧壁320之间延伸和刚性连接着侧壁320。后壁326的上端终止于与前壁322的上边缘324大致平齐的位置处，并刚性连接着弧形的部分圆柱形转子壳体328，所述壳体328具有与后壁326对正并刚性连接着后壁326的上边缘的末端边缘330。部分圆柱形转子壳体328在侧壁320之间延伸，并刚性连接着所述侧壁320。如图19所示，转子壳体328包含相对于其末端边缘330偏置的末端边缘332。
用于收集气态CO2的封闭收集室334从前壁322向前延伸，并且包含与前壁322隔开的前壁336、构成底板319的一部分的底壁、侧壁340以及顶壁342，其中顶壁342从前壁336的上边缘延伸至邻近于末端边缘332的壳体328，并且相对于前壁322的上边缘324隔开一段距离地在侧壁320之间延伸。收集室334的前壁336包含一个管状件344，其邻近于底板319但相对于底板319又间隔一段距离地延伸穿透前壁336，用于将气态CO2从收集室334排放到大气、真空回收系统或用于使用气态CO2灭火的装置中。
用于供给液态CO2的供给膨胀组件316包含供给管或软管装置346，其与含有液态CO2供料的阀控式加压罐(未示出)连通，液态CO2能传递到细长分流管348中，然后流入由从底板319上支撑起的托架352支撑的膨胀管350中。分流管348包含与图5和6中所示的那些孔口(螺纹孔)相似的孔口。
膨胀管350限定了膨胀区域，以便能使CO2膨胀和达到其三相点，在这种情况下，CO2雪粉和气态CO2形成并通过收集室334向着转子壳体328的末端边缘332排放。气态CO2将从雪粉中分离并被排放到收集室334中，从而气体能够向下进入收集室334中，以通过管状出口344排放。
压缩机转子314呈圆柱形，并在侧壁320之间延伸，而且包含多个径向狭槽354，所述狭槽354在转子的外周上沿着圆周方向间距相同，并且从外表面向内延伸相同距离。呈矩形结构的可移动叶片356分别定位在每个狭槽354中，并且叶片356能够在狭槽354中径向移动。叶片356比侧壁320之间的距离稍长，并且每个叶片的末端以与图1和图3相似的方式分别被容纳在位于侧壁320的相对内表面中的向内面向的腔室358中。每个腔室358的外周是部分圆柱形转子壳体328的内表面。因此，当叶片356的末端沿着圆形路径移动时，叶片的外边缘就会紧密地与部分圆柱形转子壳体328的内表面和腔室358的内部上表面接触。转子314绕着相对于转子壳体328的部分圆柱形内表面的中心轴线偏心的轴线而被支撑着转动。这样，当叶片356沿着部分圆柱形转子壳体328的内表面向着由部分圆柱形转子壳体328的末端边缘330限定的排放区域移动时，就会使叶片356从它们和腔室358面对着膨胀区域和由转子壳体328的末端边缘332及前壁322的上边缘324限定的入口时的伸展位置径向向内移动和向内地向着转子314移动。在转子314和叶片356的转动过程中，叶片356沿着圆形路径移动，所述圆形路径具有与转子314的旋转中心分开的轴线。
当叶片356的外边缘与壳体328接触时，转子壳体328的内表面、相邻叶片356及转子314的外表面形成了沿着转子314和叶片356的长度方向延伸的容槽359。容槽359被多个分隔板360分隔，所述分隔板牢固安装在转子壳体328中的浅槽中，并以与图1-12所示的方式相似的方式从部分圆柱形转子壳体328的部分圆柱形内表面向内凸出。转子、叶片和壳体的该实施例以与图1-18相似的方式工作，并包含用于将粒料向下排放到出口318的结构，该结构与上述粒料排放结构相同。
图20中所示的本发明的实施例包含总体上以附图标记410表示的用于形成CO2粒料的压缩机，所述压缩机除了包含平板或平直部分414以外，还包含呈大致圆柱形结构的转子壳体412，其中平板或平直部分414与绕着转子壳体412的主体部分延伸的圆柱形内表面416的中心相对。转子418被支撑在转子壳体412的端壁420上，并可绕着与转子壳体412的圆柱形内表面416的中心重合的中心轴线转动。转子壳体412包含与CO2供给组件424连通的入口422，所述CO2供给组件424包含具有喷嘴或孔428的板426，液态CO2通过所述喷嘴或孔口428并发生膨胀，以形成雪粉和气态CO2。气态CO2能够在板426与板432之间的430处排出，所述板432具有一个与转子壳体412连接并构成入口422的一个边缘的边缘。气态CO2还能在喷嘴板424的边缘与转子壳体412邻近于入口422的外部之间的434处排出。
通过使液态CO2膨胀所形成的雪粉通过入422，然后进入由径向叶片438形成的容槽436中，所述径向叶片438安装在转子418中的狭槽440中。转子壳体412的端壁包含环形腔室413，所述环形腔室413被成型为与转子壳体412的圆柱形内表面416和平板414的内表面相似的形状，以对叶片438在狭槽440中的移动进行控制。与图1-19中的端部腔室相似，径向狭槽440能使叶片438径向移动，从而，叶片438的外边缘能与转子壳体412的圆柱形部分的内表面416和平板414的内表面442始终紧密接触。
转子壳体412包含在直径方向上与入422相对的排放口444。排放口444包含具有与其连接的外展上端448的排放管446，以便当叶片在开口444上方通过时有利于利用重力作用将CO2粒料从转子容槽436中排出。这种结构得到了简化，这是由于径向叶片438的外边缘可与内表面416和442接合并能控制叶片438的位置和容槽436的尺寸。当叶片438与部分圆柱形表面416接合时，容槽436保持相同尺寸。然而，由于平直内表面442相对于转子418的旋转轴线偏置，因此在叶片通过平板414的中心之前容槽436的容积将会减小，从而可在容槽436中压缩雪粉。当转子沿着顺时针方向连续转动时，通过平板414的中心向着排放口444转动的叶片438将会使容槽436的容积增大，从而可释放密实粒料以使它们通过开口444下落到排放管446中。圆柱形表面416和偏置的表面442之间的接合点可包含过渡曲面443，以提供更平稳的运动和使叶片438、表面442和443磨损更小。
本发明是为使用二氧化碳粒料代替可能损害环境的哈龙(halon)灭火剂或其他消耗臭氧的化学物质而作准备的。由于现有技术的设备不能从距二氧化碳源较远距离的地方到达火，因此本发明还取消了对二氧化碳使用的限制。本发明可使在不需要使用液压滑块或其他大且重的设备将二氧化碳雪粉压缩成固态粒料的情况下由加压液态二氧化碳快速大量地生产高密度固态二氧化碳粒料，而且不需要使用用于将二氧化碳雪粉挤压成粒料的挤压机。本发明的结构的重量非常轻，并且便于携带和设有用于高效率操作的小马力马达。而且，生产量可通过增大压缩机、转子和相关结构的长度增大为原来的两倍或三倍，并且粒料136的密度可通过改变转子的转速得到改变。
众所周知，火包含三个要素：燃料、氧气和热量。二氧化碳粒料通过降低温度和置换掉氧气可除去使火维持所需要的三个必需构成要素中的两个。成膜泡沫能够置换掉氧气，但是不能像二氧化碳粒料那样降低燃点。其他化学剂可将氧气与火隔离，但是不能降低燃点，在高温度火中，化学制品可产生有毒环境和消耗臭氧层。
某些现有技术设备相对较重，可能重达大约3000磅，在10-15分钟的启动时间之后，它们每小时可生产大约200磅的二氧化碳粒料。另一个重8000磅的现有技术设备在启动期之后每小时可生产500-600磅的二氧化碳粒料。这些大的现有技术机器需要高达20马力或更大马力的马达进行操作，以生产上述量的二氧化碳粒料。这些现有技术机器重量大、笨重而不易挪动，并且对于消防和污染控制来说它们经济上还不可行，或还不足够有效。本发明的结构重大约60-100磅或更小，高小于3英尺，宽大约12英寸，深6英寸，并且使用功率小于1马力的小马达和能够非常容易地移动，而且仅需要经过大约3秒钟的启动时间便能每小时生产大约800磅的二氧化碳粒料。这样，就使得本发明能成为一种非常重要并且较为便宜的消防设备。
固态形式的二氧化碳即使在冷藏的情况下也只具有非常有限的保存期。因此，其不能事先生产和为未来火灾、污染控制或其他用途而存放。然而，通过使用本发明，可以克服这种缺点，这是由于其能够生产大量的二氧化碳粒料而且启动时间非常短。例如，由于本发明的尺寸和重量小并能“现场”快速地生产二氧化碳粒料，因此本发明或本发明的几个设备能够连同密实二氧化碳液体的储存罐一起安装在直升机上，以形成用于CO2粒料的有效输运系统来抗击森林火灾。作为一种替代性方法，可将一个大的设备固定在距火灾点较远的地方，然后通过由直升机携带的大提桶或相似容器将CO2粒料运送和排放到位于火灾点处的期望地点。本发明还能用于熄灭大的化学起火、耸立高楼中的火以及通过其他传统装置不能到达的火。本发明还能使各种应用场合和化学工厂快速地抑制致命的化学剂溢出和压制有害的蒸汽，例如氨蒸汽和类似物。本发明由于其具有小和轻便的特点而能安装在小拖车、载货卡车或其他卡车上，或者甚至可放置在人的后背上用于便携式灭火和环境控制。即使火位于水面上，例如漂浮在水上的油或燃料火，本发明也能解决这个问题，这是由于二氧化碳粒料可漂浮在水上灭火。
而且，本发明并不局限于灭火，这是由于各种众所周知的问题在严重损害到人们或环境之前均能通过将液态CO2瞬间冷冻或凝结成固块然后再快速地恢复和再生而得到解决。本发明对以下场合特别有用：油船、货船、海上油井钻探平台、石化工厂、炼油厂以及可能发生火灾、可能释放有毒材料的油溢出的许多其他各种地点。
前面所进行的描述是仅作为说明本发明的原理而给出的。此外，由于对本领域普通技术人员来说很容易地进行众多修改和改变，因此不希望将本发明局限于所示和所述的准确结构和操作，从而，可以在处于本发明的范围情况下进行所有适当的修改和等同替换。

Claims (23)

1.一种用于生产固态二氧化碳粒料的设备，包括：一个壳体，其具有部分圆柱形内表面；一个圆柱形转子，其毗邻所述壳体被支撑着，用于绕着一根相对于壳体的所述部分圆柱形内表面的中心轴线偏心的轴线转动；一个液态二氧化碳供给膨胀组件，其与所述壳体和转子连通并从加压源接收液态二氧化碳，将液态二氧化碳转换成气态和雪粉状态，将雪粉排放到所述转子上，并将所述气态二氧化碳排出；所述转子包含多个可径向移动的叶片，所述叶片在所述转子和所述壳体的部分圆柱形内表面之间延伸，以形成多个可从所述供给膨胀组件接收雪粉的容槽，所述转子绕着它的所述偏心轴线的转动导致沿着圆周方向移动所述容槽和雪粉，并且降低所述容槽的容积，以将雪粉压缩成粒料；所述壳体包含一个排放区域，所述排放区域在所述容槽处于最小容积时与所述容槽连通，以将固态密实粒料从所述壳体中排出；所述供给膨胀组件包含：一个供给管，其用于供给液态二氧化碳；一个细长的分流管，其接收所述液态二氧化碳；多个喷嘴，它们设于所述分流管中，并能够排放所述二氧化碳和使其膨胀；多个正方形的膨胀管，它们从所述喷嘴接收膨胀中的液态二氧化碳，以形成气态二氧化碳和雪粉的混合物，所述正方形膨胀管具有邻近于所述转子的排放端，以将雪粉均匀地排放到和遍及由所述转子上的叶片形成的容槽的区域内，同时能使气态二氧化碳逸出。
2.如权利要求1所述的设备，还包括一个从所述转子壳体接收二氧化碳粒料的过渡仓，所述过渡仓包含一个圆柱形壳体和一个位于所述圆柱形壳体中并可绕着一根与所述圆柱形壳体的中心轴线重合的轴线转动的转子，位于所述过渡仓中的所述转子包含：多个径向延伸的叶片；弹簧，它们分别推压着所述叶片使所述叶片与所述圆柱形壳体接合，以形成向上敞开的容槽，所述容槽接收固态二氧化碳粒料并将彼此隔离的容槽中的所述粒料运送到排放区域；以及空气入口和出口，它们分别位于所述过渡仓圆柱形壳体的相反端上，并在所述排放区域与所述彼此隔离的容槽连通，以将粒料从所述彼此隔离的容槽中排出。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述圆柱形壳体包含一个与所述粒料排放区域间隔布置的空气排放口，在所述容槽与用于排放所述粒料形成转子产生的固态粒料的所述排放区域对正之前，所述空气排放口将残留空气从位于所述圆柱形壳体中的转子的容槽中排出。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体包含相对的侧壁，每个侧壁分别包含一个圆形腔室，所述腔室具有与所述部分圆柱形内表面的中心同心而相对于所述转子的旋转轴线偏心的中心，所述叶片的末端容纳在所述腔室中，以在所述转子的转动过程中保持所述叶片邻近于所述部分圆柱形内表面的外边缘；随着所述转子从所述容槽依次与所述供给膨胀组件对正的位置运动到所述容槽与所述排放区域对正的位置，所述容槽容积减小并压缩所述容槽中的雪粉，其中，在所述与供给膨胀组件对正的位置上所述容槽容积最大，在所述与排放区域对正的位置上所述容槽容积最小并且每个容槽中的雪粉被压缩成粒料。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，每个所述叶片分别包含多个延伸至其外边缘的纵向间隔的平行狭槽，所述部分圆柱形壳体在所述内表面上包含多个间隔的平行分隔板，所述分隔板延伸到叶片的所述狭槽中，以在所述叶片、容槽和雪粉沿着所述壳体的部分圆柱形内表面作圆周方向运动时将每个容槽中的粒料切割成多个尺寸相同的粒料。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，每个所述分隔板均呈弧形结构，并且包含一个容纳在与所述部分圆柱形表面的内表面重合的槽中的外边缘和一个与所述转子的外表面重合的内边缘。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述壳体包含一个前壁和一个后壁，每个所述分隔板的下端与所述后壁的上端的内表面对正，所述部分圆柱形壳体的下端与所述后壁的上端的内表面连接和对正，所述部分圆柱形壳体终止于一个上边缘，从所述上边缘至所述部分圆柱形壳体的下端形成的圆心角小于180°，以将所述转子的上部分暴露出来，并且与所述转子叶片协作而展现出向上敞开的所述容槽，用来从所述供给膨胀组件接收雪粉。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述前壁包含一个内表面，所述内表面被定向成当所述叶片向着所述供给膨胀组件向上移动时与所述叶片的外边缘的移动路径紧密相邻，所述前壁在其内表面上包含多个间隔的平行翅片，并且所述翅片延伸到所述叶片中的狭槽中，以防止雪粉从所述供给膨胀组件向下移动通过所述转子而进入所述排放区域中。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，至少一个所述侧壁包含一个空气入口，在含有固态二氧化碳粒料的封闭容槽通过所述部分圆柱形壳体的下端时，所述空气入口与封闭容槽对正，所述空气入口用于接收一定速率的加压空气，以在所述容槽通过所述分隔板的下端和部分圆柱形壳体的下端时将固态二氧化碳粒料从所述容槽中移出和排放到过渡仓中。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，壳体的所述前壁在其前表面上包含一个气体收集室，所述气体收集室形成有一个用于封闭所述壳体壁的上端部分的封闭件，以收集来自所述供给膨胀组件收集的所有气态二氧化碳，所述气体收集室包含一个穿过所述气体收集室的壁的排气口。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述供给膨胀组件相对于所述转子和壳体以倾斜角度向上延伸，以降低设备尺寸和增强小尺寸雪粉聚集成大尺寸雪片的能力，以使雪粉借助于重力排放到位于所述转子上的相邻叶片之间的向上敞开的容槽中。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，由相邻叶片在从所述转子向上延伸时限定的所述向上敞开的容槽借助于连续壁面形成了连续容槽，所述正方形管的下端被构造成用于将雪粉排放到每个向上敞开的容槽的所有区域中。
13.如权利要求12所述的设备，还包括一个从所述转子壳体接收二氧化碳粒料的过渡仓，所述过渡仓包含一个圆柱形壳体和一个位于所述圆柱形壳体中并可绕着一根与所述圆柱形壳体的中心轴线重合的轴线转动的转子，位于所述过渡仓中的所述转子包含：多个径向延伸的叶片；弹簧，它们分别推压着所述叶片使所述叶片与所述圆柱形壳体接合，以形成向上敞开的容槽，所述容槽接收固态二氧化碳粒料并将彼此隔离的容槽中的所述粒料运送到排放区域；以及空气入口和出口，它们分别位于所述过渡仓圆柱形壳体的相反端上，并在所述排放区域与所述彼此隔离的容槽连通，以将粒料从所述彼此隔离的容槽中排出。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述圆柱形壳体包含一个与所述粒料排放区域间隔布置的空气排放口，在所述容槽与用于排放所述粒料形成转子产生的固态粒料的所述排放区域对正之前，所述空气排放口将残留空气从位于所述圆柱形壳体中的转子的容槽中排出。
15.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述部分圆柱形壳体包含一个止挡带，所述止挡带延伸跨越并关闭所述槽的下端，并形成一个用于挡住容纳在所述槽中的每个分隔板的下端部分的支板。
16.如权利要求5所述的设备，其特征在于，每个所述分隔板分别包含一个带斜边的上端，所述带斜边的上端径向延伸通过每个叶片中的每个狭槽的整个深度，以将每个容槽中的粒料切割成小块粒料。
17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述供给膨胀组件包含一个延伸穿过所述壳体的侧壁的喷嘴，所述喷嘴与加压二氧化碳源连通，并使二氧化碳以雪粉的形式膨胀进入所述容槽中，以便将雪粉压缩成粒料并将所述粒料从壳体中排出。
18.一种用于在可压缩材料沿着圆周方向移动时对其压缩的设备，包括：一个壳体，其至少具有一个部分圆柱形内表面，所述部分圆柱形内表面具有一根中心轴线；一个圆柱形转子，其可被驱动而绕着一根与所述部分圆柱形内表面的中心轴线间隔的旋转轴线转动，所述转子包含多个径向狭槽，每个所述径向狭槽中分别设有一个径向移动叶片，所述叶片与所述转子以及部分圆柱形内表面协作而形成径向容槽，当所述容槽在与入口区域对正时，所述容槽在所述入口区域接收可压缩材料；当所述容槽沿着圆周方向向着位于所述部分圆柱形壳体的一端的排放区域移动时，所述容槽容积减小，以压缩所述容槽中的所述材料，所述一端比邻近于所述入口区域的所述容槽的末端更接近于所述转子的旋转轴线，从而不需要利用通道来径向挤压可压缩材料。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，每个所述叶片分别包含多个延伸至其外边缘的狭槽，所述部分圆柱形内表面包含多个弧形阻塞体，每个所述弧形阻塞体分别具有一个容纳在所述狭槽之一中的内边缘，以防止二氧化碳气体通过所述叶片狭槽逸出。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述壳体包含侧壁，每个所述侧壁分别在其内表面中具有一个圆形腔室，每个所述叶片分别具有被引导着容纳在所述腔室中的末端边缘，所述腔室具有一根与所述部分圆柱形表面的中心轴线重合的中心轴线；在所述转子绕着与所述腔室和所述壳体的部分圆柱形内表面的中心轴线间隔布置的所述旋转轴线转动时，所述叶片相对于所述转子径向移动。
21.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述壳体在所述排放区域包含一个向所述转子延伸的切割叶片，用于从所述容槽中移出压缩材料。
22.一种用于在可压缩材料沿着圆周方向移动时对其压缩的设备，包括：一个壳体，其至少具有一个部分圆柱形内表面，所述部分圆柱形内表面具有一根中心轴线；一个圆柱形转子，其可被驱动而绕着与所述部分圆柱形内表面的中心轴线重合的轴线转动，所述转子包含多个径向狭槽，每个所述径向狭槽中分别设有一个径向移动叶片，所述叶片与所述转子以及部分圆柱形内表面协作而形成径向容槽，当所述容槽在与入口区域对正时，所述容槽在所述入口区域接收可压缩材料，所述壳体包含一个相对于所述转子的旋转轴线偏置并比所述圆柱形表面更接近于所述旋转轴线的偏置表面，当所述容槽沿着所述偏置表面向着一个排放区域移动时，所述容槽的容积减小，以将所述材料压缩成粒料，所述排放区域与所述入口区域间隔布置，用于借助于重力排放压缩出的粒料。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述入口区域包含一个喷嘴，液态二氧化碳通过所述喷嘴并发生膨胀，以在所述叶片与所述壳体的部分圆柱形表面接合时形成聚集在所述容槽中的雪粉。
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