CN101940826B - 一种便携式低阻力两相流细水雾灭火系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，属于消防技术领域。本发明要解决的技术问题是现有技术中灭火装置不能实现低功耗的情况下高射程雾化灭火。本发明的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统包括包括储水瓶(3)和与储水瓶(3)相连通的气水混合器(4)，所述气水混合器(4)的进气管道(44)与气源连通，气水出口管道(41)与喷枪(5)连通。所述灭火装置的气液通道采用低阻力平滑流道形式。该灭火器实现了在同样射程下，消耗功率是同类产品的29％。可以广泛用于A类、B类及电气火灾中。

Description

一种便携式低阻力两相流细水雾灭火系统

技术领域

本发明属于消防技术领域，尤其涉及一种两相流气细水雾灭火器领域。 

背景技术

当今的消防技术领域，在火灾现场使用水灭火是最环保的，为了进一步提高灭火效率目前采用水雾化的办法，可以将灭火效率成百倍的提高。这是因为水被雾化后，雾滴直径很小，相对同样体积的水，其表面积剧增，从而加强了热交换的效能，起到了非常好的降温效果。细水雾吸收热量后迅速被汽化，使得体积急剧膨胀，通常达到1700多倍，从而降低了空气中的氧气浓度，抑制了燃烧中的氧化反应的速度，起到了窒息的作用。此外，由于水的汽化热是比热的530倍，因此气化带走的热量极大，降低了着火点的温度。 

目前水雾灭火装置主要有两种类型：一类是单相流细水雾灭火系统，其雾化动力主要来自水的高压；另一类是两相流细水雾灭火系统，其雾化动力来自于水的压力和气体的压力。现有的细水雾灭火系统按工作压力可分为低压系统(小于1.21MPa)、中压系统(1.21Mpa-3.45Mpa)和高压系统(大于3.45MPa)。高压系统能获得更细粒子的水雾，但压力高时压力容器壁厚增加，质量比中低压系统高，高压系统适合固定式系统，不便于消防实战灵活机动的需要。而中低压系统压力低，质量轻，成本低，适合手提或背负式使用，但是现有的中低压细水雾系统要么流量小，要么粒径粗，因此，研制一种便携式的中低压超细水雾灭火器成为本领域最重要的技术问题。 

中国专利CN201055627Y公开一种便携式超细气水雾灭火器。该灭火器采用输气管和输水管两个管路均连接到喷枪上的结构，喷枪内部包括一个气泡 雾化喷嘴，该气泡雾化喷嘴用于将压缩气与水流混合并雾化，为增加该灭火器的射程，在雾化喷嘴与变喷雾形状机构之间增加了喷柱，雾化气体穿过喷柱后从变喷雾形状机构的喷口喷出。该灭火器存在如下缺陷：在雾化气体经过喷柱时，由于喷柱具有一定的长度，根据雾化气体经由喷柱时会由雾化状态转变为含有溶解有气体的液态水，即经变喷雾形状机构的喷口喷出的是水汽混合物，而非气泡雾化喷嘴形成的雾化气体，因此喷枪内设置雾化喷嘴对喷出的细雾没有任何作用。此外，水经喷枪的液体进口进入气泡雾化喷嘴，水需要流经一个直角弯，因此水的能量损耗较大，影响细雾的射程。另外，水和气体经由各自的管路进入喷枪，对于便携式喷雾设备，结构复杂，不便于消防人员背负。 

CN201469945U公开了一种多功能背负式灭火装置，旨在提供一种可喷射不同类型泡沫，同时，喷射时，根据灭火需要可以进行水和泡沫的随时切换的灭火装置。在第一水罐内部设置有泡沫液罐，在泡沫液罐密封盖的下端有与第一水罐内部连通的进气孔，泡沫液罐通过泡沫液定量孔、泡沫管道、泡沫液开闭阀门与气水混合器的泡沫液进口连通，第一水罐的出水口通过管道与第二水罐的进水口连接，第二水罐的出水口通过管道与气水混合器的进水口连接，高压气瓶与压力调节阀的进气口连接，压力调节阀的一个出气口通过管道与第一水罐连接，压力调节阀另一个出气口通过管道和空气流量开关阀与气水混合气的进气口连接，气水混合器的出口通过水管与喷枪连接。当单独使用水灭火时，关闭泡沫液开闭阀和空气流量开关阀，高压气体进入第一水罐中，将水压入第二水罐中，高压水从第二水罐中经气水混合器、水管形成单相流喷射。当需要使用A类泡沫灭火时，需要使用大量空气补气，打开空气流量开关阀和泡沫液开闭阀，大量的其他、泡沫液和水在气水混合器中混合后通过喷枪喷出。当需要使用B类泡沫灭火时，打开泡沫液开闭阀，关闭空气流量开关阀，泡沫液和水分别进入气水混合器中，混合后通过喷枪喷出。此灭火装置是将气水混合器设置在水枪的前端，与水枪相连通的管路只有一个，与传统的便携式灭火设备相比虽然减少了一根管路，但是存在如下缺陷：该类灭火器使用水灭火时是将水直接喷出形成单相流，相同射程下 需要的压力远远高于两相流细雾灭火器的压力，因此水桶壁需要加厚，设备笨重。 

CN20112807Y公开了一种两相流混合喷射装置，包括：枪管、扳机阀、高压气瓶、蓄液或粉瓶，其中：所述扳机阀是由气阀、液粉阀及扳机所构成的联动阀；工作时，首先，扳机克服弹簧压力外拉气阀杆，使气阀塞离开气阀套端面上的出气口，气体将由气阀套侧面的进气孔进入，由气阀套端面的出气口进入混合腔。高速空气流从雾化套的中心孔流过，并于中心孔中形成负压。继而，扳机克服弹簧的压力内推所述阀杆，使阀塞离开阀座上的阀孔，液(粉)体将由阀体的液粉通孔进入混合腔，充布于雾化套外周，并在中心孔负压的作用下由多个交错排列的通孔进入中心孔，并在高速气流的作用下第一次被雾化成细小的液(粉)滴，所述一次雾化液(粉)滴经由枪管管口时撞击设于枪口的雾化喷头发生二次雾化，形成水微粒直径小于的细水雾喷射出去。尽管该装置能够在7.5-11bar压力下形成微粒直径小于200μm的粒子，但是这种喷射装置由于在枪口处进行二次雾化，射程较低。 

目前市场上新出现了一种两相流雾化灭火设备，其采用气与水在设置在进入喷枪前的混合器中混合，混合器与喷枪通过一根管路连通，其中气体和水进入混合器的路径见图4所示，高压气体从B口进入，水从A口进入。由于气体相对液体粘度系数小，在相同压力下，高压气体先通过该混合器，但气体流道是一个90度拐角形式，流动气体受到阻力较大，速度降低，由伯努利方程可知，速度低处压力高，速度高出压力低，这样在气水混合处，压力升高，不利于将储水器处的水压出。这样为了获得同样射程所需气压很大。对于射程15m的情况需要气体出口压力为34bar。因此该灭火设备的水桶壁需要加厚，设备较笨重，在使用时需要耗费较大的体力。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的两相流细水雾灭火装置在同样射程下所需气压较大，导致设备笨重的问题，进而提供一种能够实现低气压高射程的灭火装置。 

基于上述问题，本发明提供了一种便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，包括储水瓶和与储水瓶相连通的气水混合器，所述气水混合器的进气管道与气源连通，气水出口管道与喷枪连通。 

所述气水混合器的所述进气管道和所述气水出口管道相连通形成直通的低阻力平滑流道，所述气源经进气管道进入所述气水混合器的平滑流道，并同进入所述气水混合器中的水混合形成气水混合物，所述气水混合物经所述气水出口管道流出所述气水混合器并直通进入所述喷枪内，由所述喷枪喷出所述气水混合物。 

所述气水混合器置于所述储水瓶的上方，所述进水管道同所述储水瓶的出水管道连通。 

所述气水混合器设有流量控制器，所述流量控制器置于所述气水混合器的平滑流道内与所述进气管道和进水管道相连通的位置； 

所述流量控制器为中空圆柱体结构，中空柱体上分布有多个开口，所述开口沿柱体径向上呈外大内小的漏斗状；所述流量控制器的内开口总面积小于所述进水管道的管径面积。 

所述进气管道是由一个进气管道套和可更换调节接口组成，所述可更换调节接口置于所述进气管道套的流道内并同其螺纹连接；所述进气管道套的一端同所述气水混合器的壳体螺纹连接，另一端通过管路同所述气源相连通。 

所述喷枪包括壳体，置于壳体内的扳机阀和用于控制扳机阀开启的扳机；所述扳机阀的一端与所述气水混合器的气水出口管道连通，另一端与喷枪管连通。 

所述扳机阀包括阀体、分别置于阀体两端的气水进口和气水出口，所述阀体内部设有可活动的中空阀杆，所述中空阀杆的一端套在所述气水进口上，另一端设有与用于开断气水混合物流道的锥形块连接的锥体连接板，所述椎体连接板设有气水混合物的流道孔； 

所述中空阀杆内部套设有弹簧，通过弹簧挤压所述锥形块至阀体出口处使所述气水进口同气水出口隔开； 

扳动扳机时，所述中空阀杆在阀腔内移动，带动锥形块与阀体出口分离，使得所述气水进口与气水出口相连通，气水混合物经过所述气水进口后经过低阻力平滑流道流经所述中空阀杆内部，通过所述流道孔从所述锥形块表面经过后，经所述气水出口流入所述喷枪管后喷出。 

本发明包括高压气瓶和与高压气瓶连接的减压阀，所述高压气瓶内的高压气体通过减压阀减压后作为气源，一路直通进入所述气水混合器的低阻力平滑流道，另一路进入所述储水瓶中将水压至所述气水混合器中。 

本发明还包括一个空气呼吸器气瓶，所述空气呼吸器气瓶与所述高压气瓶连通，经过所述减压阀减压后与空气呼吸器面罩连通。 

本发明具有如下优点： 

本发明气水混合器采用低阻力平滑流道形式，因此气体在进入气水混合器时阻力很小，最大程度地减少了气体流通过程中的能耗；由于水的来向垂直于所述气水混合器，因此水进入气水混合器后与快速流动的压力气体混合，并在高压气体的带动下快速流动进入喷枪，经由喷枪喷出。可见，在喷出前气水混合物的能量损失很小。 

为精确控制气水混合物中的气水比，并降低流体的局部阻力，本发明气水混合器中的流量控制器采用中空圆柱体结构，并在圆柱体上设有多个开口，开口沿柱体径向上呈外大内小的漏斗状，这样压力水流入气水混合器时是沿一斜面进入，进一步减少了局部阻力，因而进入气水混合器的水的能量更高。同时，流量控制器上的内开口总面积和气水混合器上可调进气管道的进气口面积决定了灭火器的进水量和进气量，从而得到了本发明气水比。本发明合适的气水比和合理的结构形式使得该灭火器在出口气压在8-10bar的情况下实现15-17m的高射程，并使雾化程度达到了在最大射程处雾化微粒直径小于200μm。 

为增加细水雾的射程，本发明的发明人还对现有的喷枪进行了改进，使得气水混合物在喷枪中经过一个低阻力平滑流道，在气水出口处经过了一个呈流线体的锥形块后经过枪管喷出，没有90度拐角，因而与现有的喷枪相比，减少了气水混合物在喷枪内部的局部阻力，进一步保留了气水混合物的能量。 

实验证明，当采用本发明的上述设计时，在气源输出气压为10bar时，细水雾的射程为17m，而背景技术中描述的两相流雾化灭火设备在压力为34bar时，其射程仅有15m，因此在相同射程时，大大降低了设备所需压力。因而本发明使用的储水瓶无需加厚，减轻了灭火设备的重量。 

此外，本发明的两相流细水雾灭火系统在气水混合器与喷枪之间只有一根管路，与现有的同类灭火设备相比，减少了一根管路，使设备更加简单，操作更方便。 

进一步地，本发明的两相流细水雾灭火系统具有双瓶架，其中一个可放供呼吸的气瓶，且本发明灭火装置的出口气压为10bar，因而本发明高压气瓶的输出可与空气呼吸器可以共用一个减压器。 

附图说明

图1所示为便携式低阻力两相流细水雾灭火系统示意图； 

图2所示为气水混合器结构图； 

图3所示为开槽式流量控制器的截面图； 

图4所示为气水混合器示意图； 

图5所示为喷枪扳机阀结构图； 

图6所示为下出水结构便携式低阻力两相流细水雾灭火系统示意图； 

图7所示为带有双气瓶的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统示意图。 

图中标号说明如下： 

1-高压气瓶 1’-空气呼吸器气瓶 2-减压阀 3-储水瓶 4-气水混合器 

5-喷枪 6-空气呼吸器面罩 

41-气水出口管道 42-壳体 43-流量控制器 44-进气管道 45-进水管道 

441-可更换调节接口 442-进气管道套 

51-壳体 52-喷枪管 53-扳机阀 54-扳机 

531-气水进口 532-阀体 533-弹簧 534-中空阀杆 535-锥形块 

536-气水出口 537-锥体连接板 538-流道孔 

具体实施方式

以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。 

实施例1 

图1所示为便携式低阻力两相流细水雾灭火装置，包括高压气瓶1，减压阀2，储水瓶3，气水混合器4，喷枪5及空气呼吸器面罩6。所述高压气瓶1通过管路连接到减压阀2，减压阀输出一路连接到气水混合器4的进气管道44，一路与储水瓶3连接，另一路通过管路连接空气呼吸器面罩6。储水瓶出水口连通气水混合器4的进水管道45，经过气水混合器4混合后通过管路与喷枪5连接。气水混合器4置于所述储水瓶3的上方，喷枪5包括壳体51，置于壳体内的扳机阀53，喷枪管52和用于控制扳机阀开启的扳机54。所述扳机54和扳机阀53通过连杆连接构成连杆机构，控制扳机阀53的内气水流道的通断。 

图2所示为气水混合器4的内部结构，所述气水混合器包括进水管道45、进气管道44、流量控制器43、壳体42和气水出口41，所述流量控制器43采用中空圆柱体结构，置于所述气水混合器4的平滑流道内与所述进气管道44和进水管道45相连通的位置；流量控制器43的柱体上开有数个沿其径向上外大内小的开口，进水管道45的水经过流量控制器43柱体上的开口进入壳体内部，并同进入进气管道44的气体混合。上述可调进气管道44由一个进气管道套442和可更换调节接口441组成，所述进气管道套442与可更换调 节接口441通过螺纹连接。应用时通过调换不同内径的可更换调节接口441可以获得不同的气体流量。 

图3为开槽的流量控制器43，由该流量控制器43的截面图可以看出，所述流量控制器43的槽口采用一种可以使液流平滑过渡的外大内小的进口结构，可以降低液流阻力，同时调节了进入到气水混合器4液体流量。这样，在实际应用过程中，通过调换不同的可更换调节接口441和流量控制器43，获得不同的气液比，保证灭火器的雾化效果。 

图4所示为气水混合器4的示意图，所述气水混合器4采用T型结构，并且进气口A与气水出口C直通。由伯努利方程可以知道，流体中流速高处压力低，流速低处压力高。这种结构可以使气体在极低的阻力的情况下通过，所以流速很高，在气水接口处压力很低。这样进液口B处的液体在高压差的情况下更容易被压出；实现了在减压阀2出口压力较低的情况下，输出高流量高流速的气水混合液，保证了灭火装置的高射程。 

图5所示为置于喷枪5内部的扳机阀53，所述扳机阀53包括阀体532、分别置于阀体532两端的气水进口531和气水出口536，所述阀体532内部设有可活动的中空阀杆534，所述中空阀杆534的一端同所述气水进口531连通，另一端设有与用于开断气水混合物流道的锥形块535连接的锥体连接板537，所述锥体连接板537设有气水混合物的流道孔538。 

所述中空阀杆534内部套设有弹簧533，通过弹簧533挤压所述锥形块535至阀体出口处使所述气水进口531同气水出口536隔开。 

扳动扳机54时，所述中空阀杆534在阀腔内向左移动，带动锥形块535与阀体出口分离，使得所述气水进口531与气水出口536相连通，气水混合物经过所述气水进口531后经过低阻力平滑流道流经所述中空阀杆534内部，通过所述流道孔538从所述锥形块535表面经过后，经所述气水出口536流入所述喷枪管52后喷出。水柱不断受到空气的剥离作用，在最远端全部转化成水雾。 

该上出水结构的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，高压气先到达喷 枪口，能够实现供气减压阀输出压力为0.8-1MPa的条件下最大喷射距离达到17m。 

实施例2 

下出水结构的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统如图6所示，气水混合器4置于所述储水瓶3的下方，当使用该灭火器工作时，扣动喷枪扳机54，扳机阀53打开，该高压气瓶1的气体通过管路输入到减压阀2中，高压气体经减压阀2减压后分为三路，一路通过管路直接进入气水混合器4，一路气体通过管路进入储水瓶3，另一路通过管路连接空气呼吸器面罩6。储水瓶3中的水被高压气体压入气水混合器4内；经过气水混合器后，经过一条软管进入喷枪5后喷出。该下出水结构的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，高压水先到达喷枪口，能够实现供气减压器输出压力为0.8-1MPa的条件下喷射距离达到15m。 

实施例3 

带有双气瓶的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统如图7所示，该系统包括一个高压气瓶1和一个可供呼吸器使用的空气呼吸器气瓶1’。两个气瓶通过管路连接后，输出高压气体通过减压阀2减压后分为三路，一路通过管路直接进入气水混合器4，一路气体通过管路进入储水瓶3，另一路通过管路连接空气呼吸器面罩6。储水瓶3中的水被高压气体压入气水混合器4内；经过气水混合器后，经过一条软管进入喷枪5后喷出。 

虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。 

Claims (7)

1.一种便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，包括储水瓶(3)和与储水瓶(3)相连通的气水混合器(4)，所述气水混合器(4)的进气管道(44)与气源连通，气水出口管道(41)与喷枪(5)连通，其特征在于：

所述气水混合器(4)的所述进气管道(44)和所述气水出口管道(41)相连通形成直通的低阻力平滑流道，所述气源经进气管道(44)进入所述气水混合器(4)的平滑流道，并同进入所述气水混合器(4)中的水混合形成气水混合物，所述气水混合物经所述气水出口管道(41)流出所述气水混合器(4)并直通进入所述喷枪(5)内，由所述喷枪(5)喷出所述气水混合物；

所述喷枪包括壳体(51)，置于壳体内的扳机阀(53)和用于控制扳机阀开启的连杆和扳机(54)；所述扳机阀(53)的一端与所述气水混合器(4)的气水出口管道(41)连通，另一端与喷枪管(52)连通；

所述扳机阀(53)包括阀体(532)、分别置于阀体(532)两端的气水进口(531)和气水出口(536)，所述阀体(532)内部设有可活动的中空阀杆(534)，所述中空阀杆(534)的一端套在所述气水进口(531)上，另一端设有与用于开断气水混合物流道的锥形块(535)连接的锥体连接板(537)，所述锥体连接板(537)设有气水混合物的流道孔(538)；

所述中空阀杆(534)内部套设有弹簧(533)，通过弹簧(533)挤压所述锥形块(535)至阀体出口处使所述气水进口(531)同气水出口(536)隔开；

扳动扳机(54)时，所述中空阀杆(534)在阀腔内移动，带动锥形块(535)与阀体出口分离，使得所述气水进口(531)与气水出口(536)相连通，气水混合物经过所述气水进口(531)后经过低阻力平滑流道流经所述中空阀杆(534)内部，通过所述流道孔(538)从所述锥形块(535)表面经过后，经所述气水出口(536)流入所述喷枪管(52)后喷出。

2.根据权利要求1所述的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，其特征 在于：

所述气水混合器(4)置于所述储水瓶(3)的上方，进水管道(45)同所述储水瓶(3)的出水管道连通。

3.根据权利要求2所述的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，其特征在于：

所述气水混合器(4)设有流量控制器(43)，所述流量控制器(43)置于所述气水混合器(4)的平滑流道内与所述进气管道(44)和进水管道(45)相连通的位置。

4.根据权利要求3所述的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，其特征在于：

所述流量控制器(43)为中空圆柱体结构，中空柱体上分布有多个开口，所述开口沿柱体径向上呈外大内小的漏斗状；

所述流量控制器(43)的内开口总面积小于所述进水管道(45)的管径面积。

5.根据权利要求1所述的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，其特征在于：

所述进气管道(44)是由一个进气管道套(442)和可更换调节接口(441)组成，所述可更换调节接口(441)置于所述进气管道套(442)的流道内并同其连接；所述进气管道套(442)的一端同所述气水混合器(43)的壳体螺纹连接，另一端通过管路同所述气源相连通。

6.根据权利要求1-5任一所述的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，其特征在于：

包括高压气瓶(1)和与高压气瓶(1)连接的减压阀(2)，所述高压气瓶(1)内的高压气体通过减压阀(2)减压后作为气源，一路直通进入所述气水混合器(4)的低阻力平滑流道，另一路进入所述储水瓶(3)中将水压至所述气水混合器(4)中。

7.根据权利要求6所述的便携式低阻力两相流细水雾灭火系统，其特征在于：

还包括一个空气呼吸器气瓶(1’)，所述空气呼吸器气瓶(1’)与所述高压气瓶(1)连通，经过所述减压阀(2)减压后与空气呼吸器面罩(6)连通。 

Images