CN102688575B

CN102688575B - 冷气溶胶灭火装置

Info

Publication number: CN102688575B
Application number: CN201210163607.2A
Authority: CN
Inventors: 张树海; 陈亚红; 苟瑞君
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: CN102688575A

Abstract

本发明涉及灭火领域，具体是一种冷气溶胶灭火装置，包括储存有干粉水溶液的干粉水溶液箱，储存有二氧化碳的二氧化碳储罐和外侧包覆有加热套的喷嘴，所述的干粉水溶液为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸二氢钾、氯化钠、氯化钾、氯化镁、尿素、碳酸氢铵、磷酸二氢铵其中一种或几种以任意比例混合的化合物的水溶液，所述的干粉水溶液在-5℃时为饱和状态；所述的二氧化碳储罐通过设有阀门的高压管路与喷嘴相联结，喷嘴进口处的二氧化碳的压力为7.5~8.5MPa；所述的干粉水溶液箱通过设有水泵的低压管路与喷嘴相联结，喷嘴进口处的干粉水溶液的压力为0.35~0.45MPa；所述的喷嘴进口处的干粉水溶液中的水与二氧化碳的质量流量比为1:2.2~1:2.6。

Description

冷气溶胶灭火装置

技术领域

本发明涉及灭火领域，具体是一种冷气溶胶灭火装置。

背景技术

根据联合国环境计划署（UNEP）于1987年制定的《关于破坏臭氧物质的蒙特利尔协定书》及后续的修改规定，我国政府承诺自2005年起停止使用哈龙1211灭火剂，2010年起停止生产1301灭火剂。目前，国内外比较常见的替代哈龙的气体灭火剂（技术）有：干粉灭火剂、惰性气体灭火剂、气溶胶灭火剂及细水雾灭火技术等。

干粉灭火剂借助易于流动的超细固体粉末，通过灭火器或灭火设备给予的动力来实施灭火，适用于全淹没灭火和局部灭火，可扑灭A、B、C、D类火灾，但是，由于干粉灭火剂易受潮、结块，影响使用，在灭火时也没有冷却作用，不具备覆盖和防止燃料蒸发的作用，在扑灭火灾后容易复燃。

惰性气体灭火剂可稀释防护区内的氧气的浓度，降低火场的温度，窒息燃烧反应，有效地控制热量的辐射，起到阻止火灾蔓延的效果，对扑灭A类深位火的作用明显；但是，惰性气体喷放后，降低了火场中的氧气浓度，不利于人员逃生。

气溶胶灭火剂可分为热气溶胶和冷气溶胶灭火技术。目前，进入实用阶段的主要是热气溶胶灭火剂，主要依靠烟火剂燃烧生成含金属离子的微粒与火场反应区中的活性离子结合，中断燃烧的链式反应来达到灭火的效果。但热气溶胶灭火剂存在一些缺陷：一是，生成热气溶胶灭火剂时的反应温度较高，容易造成人员及设备的热损伤；二是，由于生成的溶胶微粒很小，对火焰的穿透能力较弱，只适用于全淹没式灭火；三是，依靠烟火剂燃烧生成热气溶胶灭火剂的方式不适用于管网灭火系统。

细水雾灭火技术已经成功用于抑制油池火、气相扩散火焰以及受限空间内的火灾，对扑灭特殊火灾（如电器火灾）、抑制预混火焰的传播及防止爆炸也有一定效果。但仍存在一些问题，如灭大火易，灭小火难；灭B类火易，灭A类火难；水渍较多；灭火系统一般不可移动等。

综上所述，有必要设计出一种可形成实用、环保、安全灭火剂的灭火装置。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题提供了一种实用、环保、安全、具有很好灭火效率和广泛灭火种类的冷气溶胶灭火装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种冷气溶胶灭火装置，包括储存有干粉水溶液的干粉水溶液箱，储存有二氧化碳的二氧化碳储罐和外侧包覆有加热套的喷嘴，所述的干粉水溶液为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸二氢钾、氯化钠、氯化钾、氯化镁、尿素、碳酸氢铵、磷酸二氢铵其中一种或几种以任意比例混合的化合物的水溶液，所述的干粉水溶液在-5℃时为饱和状态；所述的二氧化碳储罐通过设有阀门的高压管路与喷嘴相联结，喷嘴进口处（喷嘴的二氧化碳入口——二氧化碳进料口）的二氧化碳的压力为7.5~8.5MPa；所述的干粉水溶液箱通过设有水泵的低压管路与喷嘴相联结，喷嘴进口处（喷嘴的干粉水溶液入口——干粉水溶液进料口）的干粉水溶液的压力为0.35~0.45MPa；所述的喷嘴进口处的干粉水溶液（喷嘴的干粉水溶液入口内的干粉水溶液）中的水（干粉水溶液的溶剂——水）与二氧化碳（喷嘴的二氧化碳入口内的二氧化碳）的质量流量比为1:2.2~1:2.6。

本发明所述的灭火装置不仅适用于便携式手提灭火器，也适用于管网灭火系统。

由于7.5~8.5MPa压力下的二氧化碳进入喷嘴且从喷嘴喷出时，二氧化碳减压膨胀会使得喷嘴及周围环境温度降低，温度可达到水的冰点（0℃）以下，可能使喷嘴处结冰，因此为了保证喷嘴的正常使用，要求干粉水溶液在-5℃的温度下为饱和状态（未析出晶体），且喷嘴的外侧包覆有加热套。

喷嘴进口处的干粉水溶液的压力为0.35~0.45MPa，是为了保证在规定低压管路管径下干粉水溶液的流量（参考国家标准《水喷雾灭火系统设计规范》GB50219-95）。当压力小于0.35MPa时，规定低压管路管径下干粉水溶液的流量不足，若要保证流量就需使用较大管径的低压管路，使得费用增加；若压力大于0.45MPa，需要对管路进行高压设计，同样会使得费用增加，同时管路会存在安全隐患。

本发明采用了超临界流体膨胀减压（Supercritical Fluid Expansion Depressurization, SFED）技术，干粉水溶液与超临界或近临界状态下的二氧化碳的混合后的混合物通过喷嘴喷出，形成由细雾滴、超细干粉颗粒及二氧化碳气体组成的冷气溶胶灭火剂。由于二氧化碳的临界压力为7.8MPa，7.5~8.5MPa的压力范围可保证灭火期间喷嘴内二氧化碳处于近/超临界状态，利于超细干粉颗粒的形成。若压力小于7.5MPa时，二氧化碳不再是近/超临界状态，SFED过程消失，不利于超细干粉颗粒的形成，只有细雾滴（干粉水溶液）以及二氧化碳气体从喷嘴喷出；若压力大于8.5MPa，一方面会存在安全隐患，另一方面会使二氧化碳偏离临界状态较多（液化现象严重），从而影响SFED过程。

所述的喷嘴进口处的干粉水溶液（喷嘴的干粉水溶液入口内的干粉水溶液）中的水（干粉水溶液的溶剂——水）与二氧化碳（喷嘴的二氧化碳入口内的二氧化碳）的质量流量比为1:2.2~1:2.6。二氧化碳作为有效灭火成分的同时，在特殊情况下还作为反应物。例如，碳酸钠作为干粉水溶液的溶质时，不仅有SFED过程，还有超临界流体抗溶剂过程（Supercritical-fluid Anti-Solvent, SAS），过程中将会消耗一定量的二氧化碳用以生成碳酸氢钠（二氧化碳、水与碳酸钠反应生成碳酸氢钠），此过程需要有过量的二氧化碳；二氧化碳作为反溶剂，在SAS过程中的组分比例对碳酸氢钠的生成、成核、结晶有极大的影响；计算表明使用碳酸钠水溶液时，碳酸钠、水、二氧化碳三者质量流量比例以1:2.5:6左右为佳；在此比例下，SAS过程可生成微纳米级的超细碳酸氢钠干粉颗粒，具有很高的灭火效率。设定通常情况下通过喷嘴的水（干粉水溶液中的溶剂—水）与二氧化碳的质量流量比为1:2.2～1:2.6。若水的比例为1，当二氧化碳的比例小于2.2时，无法保证特殊情况（含有碳酸钠的干粉水溶液水溶液）下二氧化碳的流量，灭火效率较低；当二氧化碳的比例大于2.6时，较高的二氧化碳比例虽便于超细干粉颗粒的形成，但是降低了细雾滴与超细干粉颗粒的浓度，导致灭火剂的综合灭火效率降低，同时灭火区内的二氧化碳的浓度较高，不利于火区人员逃生。

进一步，所述的冷气溶胶灭火剂制备装置的喷嘴包括壳体，所述的壳体右端开有喷口，左端开有二氧化碳进料口，靠近左端径向开有干粉水溶液进料口，所述的喷口通过腔体与二氧化碳进料口和干粉水溶液进料口相连通；所述的腔体包括左小右大的左锥形孔，与左锥形孔对应相接的圆柱孔，与圆柱孔对应相接的左大右小的右锥形孔。由于二氧化碳的压力较高，二氧化碳进入喷嘴后形成高速射流，射流周围形成低压区，对于从干粉水溶液进料口径向进入的干粉水溶液有引流作用。所述的左锥形孔形成扩展段，圆柱孔形成等径段，右锥形孔形成收缩段；扩张段使得二氧化碳与干粉水溶液得到加速，发生湍流，二氧化碳与干粉水溶液发生强烈的剪切、碰撞作用，使二者的混合充分；等径段给予两者充分的混合时间；收缩段使得混合物减速，混合更充分；通过喷口时，高度欠膨胀的混合物进入空气得到进一步的加速，一是提高灭火剂的雾化效果，得到细雾滴、超细干粉微粒；二是提高了细雾滴、超细干粉微粒的动量，从而提高细雾滴、超细干粉微粒对火焰的穿透作用。

具体实施时，需要根据实际灭火流量要求、管路长度、分支情况、喷嘴数量及空间分布、管路中的压力损失、高压管路安全规范等有关因素进行设计，使喷嘴进口处的压力达到设计值（二氧化碳的压力为7.5~8.5MPa，干粉水溶液的压力为0.35~0.45MPa），并且使喷嘴进口处的干粉水溶液中的水与二氧化碳的质量流量比为1:2.2~1:2.6。本领域技术人员在设计过程中根据上述各因素可容易的实现或达到上述技术参数。

本发明所述的灭火装置是一种实用、环保、安全、具有很好灭火效率和广泛灭火种类的灭火装置，其形成的冷气溶胶灭火剂的有益效果具体如下：

1）与直流水和喷淋水相比，传统直流水和喷淋水只适用于管网灭火，而本发明所述的灭火剂不仅适用于管网灭火，还适用于手提式灭火器，另外本发明所述的灭火剂中还含有干粉和惰性气体，对燃烧反应有化学抑制作用和窒息作用，避免了水单纯的冷却灭火，大大减少了用水量，比直流水或喷淋水的灭火效率高出多倍，另外由于气溶胶有较好的绝缘性能，可用于一般电器火灾的扑救；

2）与细水雾灭火相比，本发明所述的灭火剂中同时有超细干粉颗粒和惰性气体，同时由于喷嘴工作压力较高，灭火剂的动量较大，对火焰的穿透作用更强，在扑灭固体火灾或控制大火火势时更迅速，在同等灭火条件下效率更高，减少了用水量，水渍更少；

3）与普通干粉灭火剂相比，本发明所述的灭火剂中的干粉水溶液为溶解状态，避免了受潮、结块等影响使用的问题，干粉灭火剂为了达到流动性、分散性及灭火效率的要求，一般需进行细化、改性等处理，成本高且有一定的使用期限，而本发明所述的干粉水溶液则不需要做特殊处理，只需密闭存放，防止水分蒸发即可，另外，本发明中超临界流体膨胀减压过程得到的干粉颗粒为微纳米级的超细颗粒，干粉材料相同时，等质量的超细干粉有更高的灭火效率；

4）与惰性气体灭火剂相比，本发明所述的灭火剂由于综合了细雾滴、超细干粉微粒及二氧化碳的灭火效应，在相同的灭火效果的条件下可大大减小惰性气体的用量，灭火区内的二氧化碳的浓度相对较低，利于火区人员逃生及消防人员进入火区。同时，由于二氧化碳的使用，在相同灭火效率的条件下，细雾滴、超细干粉微粒的浓度也相应的减少，因而可提高火区内的能见度，同样利于火区人员逃生及灭火效率的提高；

5）与现有的热气溶胶灭火剂相比，本发明所述的灭火剂在使用时通过减压膨胀产生的冷气溶胶，避免了烟火剂的燃烧及其产生的高温，冷气溶胶灭火剂除了在气相燃烧中能起到冷却和化学抑制作用外，在固体或液体可燃物表面还可以形成水溶液薄膜，有隔火灭火作用，对深位火及阴燃火也有一定的控制效果，同时由于喷嘴工作压力较高，气溶胶颗粒的动量较大，对火焰的穿透作用更强。

附图说明

图1为本发明所述的冷气溶胶灭火装置示意图。

图2为本发明所述的冷气溶胶灭火装置的喷嘴的结构示意图。

图中：1-二氧化碳储罐，2-压力表一，3-阀门，4-高压管路，5-加热套， 7-干粉水溶液箱，8-水泵，9-压力表二，10-低压管路，11-壳体，12-喷口，13-二氧化碳进料口，14-干粉水溶液进料口，15-左锥形孔，16-圆柱孔，17-右锥形孔。

具体实施方式

具体制造时，所述的高压管路4和低压管路10上分别设有压力表一2、压力表二9。压力表一2、压力表二9便于实时观测管路内二氧化碳以及干粉水溶液的压力。

进一步，所述的腔体轴向长度为左锥形孔15的锥顶直径的3~6倍，为了进一步使得二氧化碳与干粉水溶液的混合过程充分完成。

进一步，所述的高压管路4为铜管，铜管可保证7.5~8.5MPa下的二氧化碳的正常使用。

实施例1

一种冷气溶胶灭火装置，包括储存有干粉水溶液的干粉水溶液箱7，储存有二氧化碳的二氧化碳储罐1和外侧包覆有加热套5的喷嘴，所述的干粉水溶液为碳酸钠化合物的水溶液，所述的干粉水溶液在-5℃时为饱和状态；所述的喷嘴包括壳体11，所述的壳体11右端开有喷口12，左端开有二氧化碳进料口13，靠近左端径向开有干粉水溶液进料口14，所述的喷口12通过腔体与二氧化碳进料口13和干粉水溶液进料口14相连通；所述的腔体包括左小右大的左锥形孔15，与左锥形孔15对应相接的圆柱孔16，与圆柱孔16对应相接的左大右小的右锥形孔17；所述的二氧化碳储罐1通过设有阀门3的高压管路4与二氧化碳进料口13相联结，二氧化碳进料口13处的二氧化碳的压力为8.5MPa；所述的干粉水溶液箱7通过设有水泵8的低压管路10与干粉水溶液进料口14相联结，干粉水溶液进料口14处的干粉水溶液的压力为0.35MPa；所述的干粉水溶液进料口14处的干粉水溶液中的水与二氧化碳进料口13处的二氧化碳的质量流量比为1:2.4。

实施例2

一种冷气溶胶灭火装置，包括储存有干粉水溶液的干粉水溶液箱7，储存有二氧化碳的二氧化碳储罐1和外侧包覆有加热套5的喷嘴，所述的干粉水溶液为碳酸钠、氯化钾以1:3的比例混合的化合物的水溶液，所述的干粉水溶液在-5℃时为饱和状态；所述的二氧化碳储罐1通过设有阀门3的高压管路4与喷嘴相联结，喷嘴进口处的二氧化碳的压力为7.5MPa；所述的干粉水溶液箱7通过设有水泵8的低压管路10与喷嘴相联结，喷嘴进口处的干粉水溶液的压力为0.4MPa；所述的喷嘴进口处的干粉水溶液中的水与二氧化碳的质量流量比为1:2.6。

实施例3

一种冷气溶胶灭火装置，包括储存有干粉水溶液的干粉水溶液箱7，储存有二氧化碳的二氧化碳储罐1和外侧包覆有加热套5的喷嘴，所述的干粉水溶液为碳酸氢钠、磷酸二氢钾、氯化钠以1:1.5:2的比例混合的化合物的水溶液，所述的干粉水溶液在-5℃时为饱和状态；所述的二氧化碳储罐1通过设有阀门3的高压管路4与喷嘴相联结，喷嘴进口处的二氧化碳的压力为8.0MPa；所述的干粉水溶液箱7通过设有水泵8的低压管路10与喷嘴相联结，喷嘴进口处的干粉水溶液的压力为0.45MPa；所述的喷嘴进口处的干粉水溶液中的水与二氧化碳的质量流量比为1:2.2。

实施例4

一种冷气溶胶灭火装置，包括储存有干粉水溶液的干粉水溶液箱7，储存有二氧化碳的二氧化碳储罐1和外侧包覆有加热套5的喷嘴，所述的干粉水溶液为碳酸氢钾、氯化镁、尿素、碳酸氢铵、磷酸二氢铵以2:1.5:1:3:0.5的比例混合的化合物的水溶液，所述的干粉水溶液在-5℃时为饱和状态；所述的二氧化碳储罐1通过设有阀门3的高压管路4与喷嘴相联结，喷嘴进口处的二氧化碳的压力为0.43MPa；所述的干粉水溶液箱7通过设有水泵8的低压管路10与喷嘴相联结，喷嘴进口处的干粉水溶液的压力为7.7MPa；所述的喷嘴进口处的干粉水溶液中的水与二氧化碳的质量流量比为1:2.3。

实施例5

一种冷气溶胶灭火装置，包括储存有干粉水溶液的干粉水溶液箱7，储存有二氧化碳的二氧化碳储罐1和外侧包覆有加热套5的喷嘴，所述的干粉水溶液为氯化钾、氯化钠、磷酸二氢铵以2:1.5:0.8的比例混合的化合物的水溶液，所述的干粉水溶液在-5℃时为饱和状态；所述的二氧化碳储罐1通过设有阀门3的高压管路4与喷嘴相联结，喷嘴进口处的二氧化碳的压力为8.3MPa；所述的干粉水溶液箱7通过设有水泵8的低压管路10与喷嘴相联结，喷嘴进口处的干粉水溶液的压力为0.38MPa；所述的喷嘴进口处的干粉水溶液中的水与二氧化碳的质量流量比为1:2.5。

Claims

1.一种冷气溶胶灭火装置，其特征在于，包括储存有干粉水溶液的干粉水溶液箱（7），储存有二氧化碳的二氧化碳储罐（1）和外侧包覆有加热套（5）的喷嘴，所述的干粉水溶液为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸二氢钾、氯化钠、氯化钾、氯化镁、尿素、碳酸氢铵、磷酸二氢铵其中一种或几种以任意比例混合的化合物的水溶液，所述的干粉水溶液在-5℃时为饱和状态；所述的二氧化碳储罐（1）通过设有阀门（3）的高压管路（4）与喷嘴相联结，喷嘴进口处的二氧化碳的压力为7.5~8.5MPa；所述的干粉水溶液箱（7）通过设有水泵（8）的低压管路（10）与喷嘴相联结，喷嘴进口处的干粉水溶液的压力为0.35~0.45MPa；所述的喷嘴进口处的干粉水溶液中的水与二氧化碳的质量流量比为1:2.2~1:2.6。

2.根据权利要求1所述的冷气溶胶灭火装置，其特征在于，所述的高压管路（4）和低压管路（10）上分别设有压力表一（2）、压力表二（9）。

3.根据权利要求1或2所述的冷气溶胶灭火装置，其特征在于，所述的喷嘴包括壳体（11），所述的壳体（11）右端开有喷口（12），左端开有二氧化碳进料口（13），靠近左端径向开有干粉水溶液进料口（14），所述的喷口（12）通过腔体与二氧化碳进料口（13）和干粉水溶液进料口（14）相连通；所述的腔体包括左小右大的左锥形孔（15），与左锥形孔（15）对应相接的圆柱孔（16），与圆柱孔（16）对应相接的左大右小的右锥形孔（17）。

4.根据权利要求3所述的冷气溶胶灭火装置，其特征在于，所述的腔体轴向长度为左锥形孔（15）的锥顶直径的3～6倍。

5.根据权利要求1或2所述的冷气溶胶灭火装置，其特征在于，所述的高压管路（4）为铜管。

6.根据权利要求3所述的冷气溶胶灭火装置，其特征在于，所述的高压管路（4）为铜管。

7.根据权利要求4所述的冷气溶胶灭火装置，其特征在于，所述的高压管路（4）为铜管。