CN112728718B - 等离子体消防除烟设备及其除烟救人方法 - Google Patents

等离子体消防除烟设备及其除烟救人方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种等离子体消防除烟设备及除烟救人方法，等离子体消防除烟设备至少包括：箱体，箱体相对的两侧面分别设有进风口及出风口；箱体内装设有：过滤网板，过滤网板的网面与进风口相对；等离子体反应器，等离子体反应器设于过滤网板背向进风口的一侧并与过滤网板及进风口相通；风机，风机设于等离子体反应器远离过滤网板的一侧；除臭氧网板，除臭氧网板设于风机背向过滤网板的一侧并与出风口相对。本发明的技术方案是通过在箱体内顺次设置过滤网板、等离子体反应器、风机及除臭氧网板，以基于过滤网板、等离子体反应器及除臭氧网板对烟雾进行多级消毒净化处理，从而能够实现迅速除烟的同时达到深度消毒净化的效果。

Description

等离子体消防除烟设备及其除烟救人方法
技术领域
本发明涉及消防除烟技术领域，特别是涉及一种等离子体消防除烟设备及其除烟救人方法。
背景技术
烟雾是火灾中的第一杀手，据相关资料统计表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其他有毒烟气熏死者一般占火灾总死亡人数的40％～50％，而被烧死的人中，多数是先窒息晕倒后被烧死的。烟雾是物质在燃烧反应中热分解生成的含有大量热量的气态、液态和固态物质与空气的混合物，是由极小的炭黑粒子完全燃烧或者不完全燃烧的灰分及可燃物的其他燃烧分解产物所组成，除了高温和毒性的危害之外，烟雾还会极大影响能见度，阻碍人员逃生，使人员心理产生恐慌，给人员疏散、救灾和灭火行动造成了极大的困难。
现有的放置于室内的消防除烟装置多是采用正压送风或负压排风的方式，将烟雾排放至建筑物的室外环境中，其除烟效率较低，同时由于烟雾未经消毒净化处理就被排出至外部环境中而对环境造成污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的等离子体消防除烟设备，该等离子体消防除烟设备的结构简单，便于搬运，其能够快速降解烟雾中的VOC(挥发性有机物)的同时对其进行深度消毒净化处理，具有较好的除烟效率及适用性。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种等离子体消防除烟设备，包括：箱体，所述箱体相对的两侧面分别设有进风口及出风口；所述箱体内固定有：
过滤网板，所述过滤网板的网面与所述进风口相对；
等离子体反应器，所述等离子体反应器设于所述过滤网板背向所述进风口的一侧并与所述过滤网板及所述进风口相通；其中，所述等离子体反应器限定有由多个金属带构成的放电极，且所述金属带由钴合金掺杂10％～15％的钼制成；
风机，所述风机设于所述等离子体反应器远离所述过滤网板的一侧，，所述风机是由无刷直流电机构成，且所述风机的风叶后缘设有防涡流锯齿片；
除臭氧网板，所述除臭氧网板设于所述风机背向所述过滤网板的一侧并与所述出风口相对；
脉冲驱动电源，所述脉冲驱动电源电连接于所述等离子体反应器，所述脉冲驱动电源的输出端设有升压变压器，且所述升压变压器内的各个高压绕组之间通过隔离二极管隔开；
及供电电源，所述供电电源电连接于所述脉冲驱动电源及所述风机。
优选地，所述供电电源为石墨烯超级电容器。
优选地，所述箱体装设有开关按钮，所述开关按钮连接于所述供电电源。
优选地，所述箱体的底板形成有集尘区，且所述箱体的侧面开设有与所述集尘区相通的除尘口。
优选地，所述箱体侧面可拆卸式装设有用于封堵所述除尘口的除尘板。
优选地，所述箱体的顶盖上装设有提手。
优选地，所述箱体的侧面开设有与供电电源相连的充电插座。
优选地，所述底板背向所述风机的一侧设有多个支撑底座。
优选地，所述箱体内部装设有第一安装架及第二安装架，所述供电电源固定装设于所述第一安装架上，所述脉冲驱动电源固定装设于所述第二安装架上。
一种除烟救人方法，应用于上述任一项所述的等离子体消防除烟设备，所述除烟救人方法包括：
开启供电电源供电，启动风机、等离子体反应器与脉冲驱动电源同时工作；
外部的烟雾在所述风机的带动下由进风口流经至过滤网板进行一级净化；
一级净化后的烟雾在所述风机的驱动下流经至所述等离子体反应器内进行二级净化，降解烟雾中的VOC，聚集沉降PM2.5之类的颗粒物；
二级净化后的烟雾在所述风机的驱动下流经至除臭氧网板进行三级净化，去除等离子体反应器工作中产生的臭氧，三级净化后的烟雾经出风口逸出。其中，在等离子体消防除烟设备运行时，能够产生800m3/h的风量以及密度≥8×109个的等离子体。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中所提供的一种等离子体消防除烟设备，是在箱体相对的两侧面分别设有进风口及出风口，并在箱体内顺次设置过滤网板、等离子体反应器、风机及除臭氧网板，以基于过滤网板、等离子体反应器及除臭氧网板对烟雾进行多级消毒净化处理，从而能够在快速除烟的同时达到深度消毒净化的效果；另外，本发明所提供的等离子体消防除烟设备运行时，所产生的等离子体密度高，除烟效率高；所使用的供电电源为蓄电池，优选为石墨烯超级电容器，除烟效率快，可有效延长蓄电池的工作寿命，且其重量较轻，便于消防人员携带。
本发明所提供的等离子体消防除烟设备还具有如下意想不到的效果：钴合金掺杂10％～15％的钼制成的金属带作为电晕放电能够耐高温，其可耐受温度高达1450℃而不被氧化，工作寿命相比于现有的镍铬材料制成的金属带高出一倍。风机动力由无刷直流电机构成，损耗小，风叶后缘设有防涡流锯齿片，风阻小，对于使用蓄电池的等离子体消防除烟设备较为节能，比如：24VDC 2Ah能连续工作2小时以上，保障人身生命安全。脉冲驱动电源的输出端设置升压变压器，其升压变压器的各个高压绕组之间由隔离二极管隔开，使升压变压器的分布参数减少到原来的1/3～1/9，优点是脉冲上升速率增大；众所周知，脉冲上升速率增大，气体电子亲和力小，臭氧也减少。
附图说明
图1为本发明一实施例中一种等离子体消防除烟设备的结构示意图。
图2为图1所示等离子体消防除烟设备部分结构的结构示意图。
图3为图1所示等离子体消防除烟设备另一视角的结构示意图。
图4为图2所示等离子体反应器的结构示意图。
图5为图4所示等离子体反应器另一视角的结构示意图。
图6为本发明一实施例中一种等离子体消防除烟设备的除烟救人方法流程图。
100、等离子体消防除烟设备；10、箱体；11、进风口；12、出风口；13、底板；14、除尘口；15、除尘板；16、顶盖；17、支撑底座；18、充电插座；19、第一凹槽；20、过滤网板；30、等离子体反应器；31、通风板；311、通风开口；312、高频陶瓷帽；32、负极导电板；33、连接轴；34、金属带支撑架；40、风机；50、除臭氧网板；60、脉冲驱动电源；70、供电电源；80、开关按钮；90、第一安装架；101、第二安装架；102、显示器；103、提手。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
请参阅图1至图5，本发明一实施例中提供了一种能够迅速除烟的等离子体消防除烟设备100，该等离子体消防除烟设备100的结构简单，便于搬运，能够对室内火灾现场的烟雾进行快速除烟的同时对其进行深度消毒净化处理，能够有效避免人因火灾丧生的同时也能够避免因烟雾的排放而污染环境。
该等离子体消防除烟设备100至少包括有：箱体10、过滤网板20、等离子体反应器30、风机40及除臭氧网板50。箱体10相对的两侧面分别设有进风口11及出风口12，过滤网板20、等离子体反应器30、风机40及除臭氧网板50均固定装设在箱体10的内部；过滤网板20靠近进风口11固定设置在箱体10内，并且过滤网板20的网面与进风口11相对应连通，烟雾由进风口11流经至过滤网板20处时，过滤网板20能够滤除烟雾中的大颗粒粉尘；等离子体反应器30固定设置在过滤网板20背向进风口11的一侧，并且等离子体反应器30形成有净化通道，由过滤网板20一级净化后的烟雾流经至等离子体反应器30进行消毒净化处理(即二级净化)；风机40固定设置在等离子体反应器30背向过滤网板20的一侧，风机40运行时能够迅速的将外部的烟雾带动至箱体10内，使烟雾由进风口11依次流经至过滤网板20、等离子体反应器30及除臭氧网板50，并最终由出风口12排出；除臭氧网板50固定设置在风机40背向等离子体反应的一侧并靠近出风口12处，二级净化后的烟雾流动至除臭氧网板50处进行滤除臭氧操作(即三级净化)，三级净化处理后的烟雾最终由出风口12排出。其中，等离子体反应器30限定有由多个金属带构成的放电极，金属带由钴合金掺杂10％～15％的钼制成，金属带作为电晕放电能够耐受1450℃的高温而不被氧化，工作寿命相比于现有的镍铬材料制成的金属带高出一倍；风机40是由无刷直流电机构成，损耗小；风机的风叶后缘设有防涡流锯齿片，风阻小，对于使用蓄电池的等离子体消防除烟设备100较为节能。
可以理解的，电晕放电时，金属带放电区的温度达1万摄氏度左右，金属容易溅射，影响放电极的工作寿命。而使用耐高温的钴合金，同样规格的金属带，寿命可提高30％～50％。
可以理解的，在发生火灾的室内环境中，使用者可启动风机40及等离子体反应器30，风机40运行并产生风流以带动外部的烟雾经进风口11迅速流动至箱体10内部，之后烟雾依次经过滤网板20、等离子体反应器30及除臭氧网板50进行多级深度净化处理，能够有效提高除烟效率的同时提高烟雾净化程度，具有较好的烟雾净化效率。作为优选，进风口11及出风口12均由多个紧密排布的通孔组成。
在其中一实施例中，为了驱动风机40及等离子体反应器30运行，如图2所示，在箱体10内部还装设有：供电电源70及脉冲驱动电源60。供电电源70与脉冲驱动电源60、风机40均相电连接，供电电源70用于对风机40及脉冲驱动电源60进行输电，以使风机40能够快速运行，也能够经脉冲驱动电源60进行能量储存、压缩、形成脉冲或转化之后快速放电至等离子体反应器30，等离子体反应器30电解处理气体以生成等离子体，进而形成等离子体区域，从而能够对流动至等离子体反应器30内的烟雾进行消毒净化处理。其中，脉冲驱动电源60的输出端设有升压变压器，升压变压器内的各个高压绕组之间通过隔离二极管隔开，以使升压变压器的分布参数减少到原来的1/3～1/9，脉冲上升速率增大。众所周知，脉冲上升速率增大，气体电子亲和力小，产生的臭氧也减少。
另外，为了控制供电电源70、风机40及等离子体反应器30的运行与否，如图3所示，箱体10的侧面还装设有开关按钮80，该开关按钮80与供电电源70电连接，用于控制供电电源70是否供电至风机40及脉冲驱动电源60。可以理解的，当使用者需要使用该等离子体消防除烟设备100时，可手动按压开关按钮80，以使供电电源70供电至风机40及脉冲驱动电源60，从而令风机40、脉冲驱动电源60及等离子体反应器30工作以迅速滤除火灾环境中的烟雾。另外，该供电电源70为蓄电池，优选为石墨烯超级电容器；在箱体10的侧面还装设有显示器102，如：LED灯。
为了便于对石墨烯超级电容器进行充电，箱体10的侧面还开设有与供电电源相连的充电插座18，石墨烯超级电容器与外部电源之间可通过电源线进行电连接，该电源线经充电插座18伸入至箱体10内，从而可利用外部电源对箱体10内部的石墨烯超级电容器进行充电。
在其中一实施例中，为了便于除去烟雾消毒净化过程中所沉降的烟尘，在箱体10的底板13上形成有集尘区，并在箱体10的侧面开设有与集尘区相通的除尘口14，如图2所示，一级净化以及二级净化中所沉降的粉尘、颗粒物等将落入至集尘区内，并能够由除尘口14处排出。另外，在除尘口14处可拆卸式装设有用于封堵该除尘口14的除尘板15。
在其中一实施例中，为了便于用户移动或携带该等离子体消防除烟设备100，箱体10的顶盖16上装设有提手103，如图1所示。箱体10的顶盖16上形成有第一凹槽19，提手103可转动式装设在第一凹槽19内。当用户需要通过手提的方式移动等离子体消防除烟设备100时，可手动转动提手103以便于握持该提手103。
在其中一实施例中，为了便于放置等离子体消防除烟设备100，该箱体10的底板13背向顶盖16的一侧设有多个支撑底座17，如图1所示。作为优选，为了便于移动该等离子体消防除烟设备100，底板13背向顶盖16的一侧设有一个或多个滚轮。
在其中一实施例中，为了固定安置脉冲驱动电源60及供电电源70，箱体10内部还装设有第一安装架90及第二安装架101，如图2所示。供电电源70固定装设在第一安装架90上，脉冲驱动电源60固定装设在第二安装架101上。作为优选的，如图2所示，第二安装架101位于第一安装架90的正上方，脉冲驱动电源60与风机40之间通过第二安装支架相隔离。
在其中一实施例中，请一并参阅图4及图5，该等离子体反应器30至少包括有：一对通风板31、一对正电极机构及负电极机构，一对通风板31相平行且间隔设置，负电极机构固定装设在两个通风板31相对的侧面上，各个通风板31形成有供烟雾通过的通风开口311；两正电极机构均垂直且固定设置在两通风板31之间并分别位于负电极机构的两端，正电极机构与负电极机构之间垂直且间隔设置。具体的，该负电极机构包括有多个负极导电板32，各个负极导电板32之间相平行且间隔设置，两相邻负电极导电板之间均形成有与通风开口311相通的等离子体区域。正电极机构包括：两根连接轴33、多组金属带支撑架34，连接轴33的两端分别穿过各个通风板31所设置的绝缘安装孔，两个连接轴33之间平行且间隔设置；各组金属带支撑架34与外部的脉冲电源的正极电连接，各组金属带支撑架34之间相平行且间隔设置在两根连接轴33上，金属带支撑架34与通风板31之间平行设置并与负极导电板32相垂直设置。另外，通风板31由绝缘材料制成，绝缘安装孔处装设有高频陶瓷帽312，连接轴33的端部穿设在该高频陶瓷帽312内，以实现连接轴33与两通风板31之间的固定，并能够防止出现漏电现象；连接轴33的周向外侧面还设有金属套管，如铝管。
其中，等离子体除烟原理可描述为：烟雾由VOC和颗粒物组成；等离子体的化学作用是把有毒有机物VOC降解为二氧化碳和水等无毒无机物。等离子体由正负离子构成，而且正负离子数量相同；正离子与部分颗粒物相碰撞，这部分颗粒物带上正电荷；负离子与另一部分颗粒物相碰撞，这部分的颗粒物带上负电荷。如此这些带有异性电荷的颗粒物在电场作用下互相吸引，聚集形成大颗粒沉降在等离子体反应器30的底部。由此可知，在等离子体反应器30内，颗粒物是聚集沉降在等离子体消防除烟设备100底部的集尘区，VOC也是被等离子体反应器30内部降解成无机物，进入至等离子体反应器30内的是烟雾，流出的干净空气。
在其中一实施例中，基于上述各个实施例所提供的等离子体消防除烟设备100，本实施例中提供一种应用等离子体消防除烟设备100的除烟救人方法，如图6所示，具体包括如下步骤：
S601：开启供电电源70供电，启动风机40、等离子体反应器30及脉冲驱动电源60同时工作；
S602：外部的烟雾在风机40的带动下由进风口11流经至过滤网板20进行一级净化；
S603：一级净化后的烟雾在风机40的驱动下流经至等离子体反应器30内进行二级净化，降解烟雾中的VOC，聚集沉降PM2.5之类的颗粒物；
S604：二级净化后的烟雾在风机40的驱动下流经至除臭氧网板50进行三级净化，去除等离子体反应器30工作中产生的臭氧，三级净化后的烟雾经出风口12逸出。
可以理解的，在室内火灾现场中，使用者可通过按压开关按钮80控制石墨烯超级电容器对风机40、脉冲驱动电源60及等离子体反应器30进行供电；风机40、等离子体反应器30及脉冲驱动电源接收石墨烯超级电容器输送的电能并开始同步运行，脉冲驱动电源60对石墨烯超级电容器输送的电能进行储存、压缩、形成脉冲或转化之后快速放电至等离子体反应器30；风机40运行形成风流，外部的烟雾在风机40所形成的风流的驱动下由进风口11流经至过滤网板20板进行一级净化，以滤除烟雾中的大颗粒粉尘；之后，一级净化处理后的烟雾在风机40所形成的风流驱动下流经至等离子体反应器30内进行二级处理，等离子体反应器30能够对烟雾中的一氧化碳、烟气、甲醛等有毒物质进行分解之后并形成有颗粒物，所形成的颗粒物聚集沉降至集尘区，从而对烟雾进行深度消毒净化处理；之后，二级净化后的烟雾在风机40所形成的风流的带动下流动至除臭氧网板50处进行三级净化，除臭氧网板50能够对等离子体反应器30工作中所产生的臭氧气体进行滤除，最终，经过多级深度净化处理后的烟雾由出风口12排出，能够实现迅速除烟的同时也能够实现烟雾的深度净化处理，实现救人的目的，也能够避免对外部环境造成污染。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种等离子体消防除烟设备，包括：箱体(10)，所述箱体(10)相对的两侧面分别设有进风口(11)及出风口(12)；其特征在于，所述箱体(10)内固定有：
过滤网板(20)，所述过滤网板(20)的网面与所述进风口(11)相对；
等离子体反应器(30)，所述等离子体反应器(30)设于所述过滤网板(20)背向所述进风口(11)的一侧并与所述过滤网板(20)及所述进风口(11)相通；其中，所述等离子体反应器(30)限定有由多个金属带构成的放电极，且所述金属带由钴合金掺杂10％～15％的钼制成；
风机(40)，所述风机(40)设于所述等离子体反应器(30)远离所述过滤网板(20)的一侧，所述风机(40)是由无刷直流电机构成，且所述风机的风叶后缘设有防涡流锯齿片；
除臭氧网板(50)，所述除臭氧网板(50)设于所述风机(40)背向所述过滤网板(20)的一侧并与所述出风口(12)相对；
脉冲驱动电源(60)，所述脉冲驱动电源(60)电连接于所述等离子体反应器(30)，所述脉冲驱动电源(60)的输出端设有升压变压器，且所述升压变压器内的各个高压绕组之间通过隔离二极管隔开；
及供电电源(70)，所述供电电源(70)电连接于所述脉冲驱动电源(60)及所述风机(40)；所述供电电源(70)为石墨烯超级电容器；
所述箱体(10)的底板(13)形成有集尘区，且所述箱体(10)的侧面开设有与所述集尘区相通的除尘口(14)；
所述箱体(10)侧面可拆卸式装设有用于封堵所述除尘口(14)的除尘板(15)；
所述等离子体反应器(30)至少包括：一对通风板(31)、一对正电极机构及负电极机构，一对所述通风板(31)相平行且间隔设置，所述负电极机构固定装设在两个所述通风板(31)相对的侧面上，各个所述通风板(31)形成有供烟雾通过的通风开口(311)；两个所述正电极机构均垂直且固定设置在两个所述通风板(31)之间并分别位于所述负电极机构的两端，所述正电极机构与所述负电极机构之间垂直且间隔设置；
所述负电极机构包括有多个负极导电板(32)，各个所述负极导电板(32)之间相平行且间隔设置，两个相邻所述负极导电板之间均形成有与通风开口(311)相通的等离子体区域；
所述正电极机构包括两根连接轴(33)、多组金属带支撑架(34)，所述连接轴(33)的两端分别穿过各个所述通风板(31)所设置的绝缘安装孔，两个所述连接轴(33)之间平行且间隔设置；各组所述金属带支撑架(34)与外部的脉冲电源的正极电连接，各组所述金属带支撑架(34)之间相平行且间隔设置在两根所述连接轴(33)上，所述金属带支撑架(34)与所述通风板(31)之间平行设置并与所述负极导电板(32)相垂直设置。
2.如权利要求1所述的等离子体消防除烟设备，其特征在于，所述箱体(10)装设有开关按钮(80)，所述开关按钮(80)连接于所述供电电源(70)。
3.如权利要求1-2任一项所述的等离子体消防除烟设备，其特征在于，所述箱体(10)的顶盖(16)上装设有提手(103)。
4.如权利要求1所述的等离子体消防除烟设备，其特征在于，所述箱体(10)的侧面开设有与供电电源(70)相连的充电插座(18)。
5.如权利要求1所述的等离子体消防除烟设备，其特征在于，所述底板(13)背向所述风机(40)的一侧设有多个支撑底座(17)。
6.如权利要求1所述的等离子体消防除烟设备，其特征在于，所述箱体(10)内部装设有第一安装架(90)及第二安装架(101)，所述供电电源(70)固定装设于所述第一安装架(90)上，所述脉冲驱动电源(60)固定装设于所述第二安装架(101)上。
7.一种除烟救人方法，其特征在于，应用于权利要求1-6任一项所述的等离子体消防除烟设备(100)，所述除烟救人方法包括：
开启供电电源(70)供电，启动风机(40)、等离子体反应器(30)与脉冲驱动电源(60)同时工作；
外部的烟雾在所述风机(40)的带动下由进风口(11)流经至过滤网板(20)进行一级净化；
一级净化后的烟雾在所述风机(40)的驱动下流经至所述等离子体反应器(30)内进行二级净化，降解烟雾中的VOC，聚集沉降PM2.5之类的颗粒物；
进入至所述等离子体反应器(30)内的是烟雾，流出的干净空气，二级净化后的干净空气在所述风机(40)的驱动下流经至除臭氧网板(50)进行三级净化，去除等离子体反应器(30)工作中产生的臭氧，三级净化后的干净空气经出风口(12)逸出。
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