CN113426230B - 旋转式声波消烟装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式声波消烟装置及其使用方法。本发明包括烟气入口通道、烟气出口通道和位于两者之间的烟气处理室，烟气处理室与烟气入口通道和烟气出口通道连为一体；烟气处理室由两个弧形侧壁组成，形成一两端开口的空腔；空腔内置多翼型旋转门，旋转门的底部和顶部分别连接一旋转板，旋转门的相邻两翼之间形成一个分仓；旋转门至少具有三翼，从而形成至少三个各自独立的分仓，至少有一个分仓可与烟气处理室的一侧壁配合使用；至少有一个分仓与烟气入口通道配合使用；至少有一个分仓与烟气出口通道配合使用。本发明可大幅减少室内发生火灾时的烟雾浓度，提高火场能见度，并且也降低了烟雾对外界环境的有害影响。

Description

旋转式声波消烟装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及消防及安全技术领域，特别涉及一种旋转式声波消烟装置及其使用方法。

背景技术

火灾给人类带来了巨大的危害，每年都会造成很大程度的财产损失和人员伤亡。烟雾是火灾中重要的致死因子，烟雾不仅会损害逃生人员的呼吸道，并且由于烟雾具有强烈的遮光性，火场中能见度极低，极大的影响了逃生人员的逃生，每年因烟雾致死的人数约占死亡总数的80％左右。

目前常见的烟雾控制技术包括机械排烟、加压、稀释和挡烟等方式，但是，以上措施在实际使用过程中，往往效果不佳，难以发挥作用。

声波团聚消烟技术是一种利用高强声场快速有效消除气溶胶的处理技术，颗粒在声波作用下发生相对运动，随后在范德华力的作用下进行团聚，小颗粒相互黏附在一起形成粒径较大的颗粒，在重力作用下发生沉降，颗粒数目减少，烟雾能见度提高，是一种快速有效的消烟手段。

已有一些专利涉及声波团聚消除火灾烟雾的应用，如：张光学提出了一种声波与喷雾耦合消除火灾烟雾的消除系统及消烟方法(公开号为CN108654268A的中国发明专利)，利用在房间中安装声源与喷雾对火灾烟雾进行消除。姚辉辉提出了一种可投掷式火灾烟雾消除装置(公开号为CN210331449U的中国实用新型专利)，利用一种可投掷式的气动声源装置对火灾烟雾进行消除。

上述两种专利均是对较大空间下对流动的火灾烟雾进行消除。但是，实际的情况下，声波团聚在大空间下的作用效果不佳，因此开发一种消烟效果更好的火灾烟雾消除装置意义重大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种旋转式声波消烟装置，以有效降低电缆隧道中排放到外界的烟雾颗粒数目，提高火灾发生时的火场能见度。

为此，本发明采用如下的技术方案：旋转式声波消烟装置，包括烟气入口通道、烟气出口通道和位于两者之间的烟气处理室，所述的烟气处理室与烟气入口通道和烟气出口通道连为一体；烟气处理室由两个弧形侧壁构成，形成一两端开口的空腔，该空腔的一端与烟气入口通道相通，另一端与烟气出口通道相通；

所述空腔内置多翼型旋转门，所述旋转门的底部和顶部分别连接一旋转板，旋转门的相邻两翼之间形成一个分仓；旋转门至少具有三翼，从而形成至少三个各自独立的分仓，至少有一个分仓可与烟气处理室的一圆弧形侧壁配合使用，对烟雾进行消除；至少有一个分仓与烟气入口通道配合使用，用于烟气的进入；至少有一个分仓与烟气出口通道配合使用，将处理后的烟气排出；

每一个分仓内设有喇叭声源、激光发射器和位于激光发射器正下方的激光功率计，激光功率计用于实时监测分仓内的透光率。

烟雾所处环境类似于一个密闭的团聚室，可大幅减少其中烟雾的颗粒数目，大幅提高了火场能见度，并增大了排出装置的烟雾浓度，以减少对外界环境的损害。

进一步地，所述的喇叭声源固定于旋转门顶部的旋转板上，跟随旋转板同步转动；喇叭声源的频率为1-10kHz，功率为50-100W。

进一步地，所述的激光发射器固定于旋转门顶部的旋转板上，发射的光线波长为600-700nm，功率为30-50nw；激光功率计固定于旋转门底部的旋转板上，激光功率计的最大量程为50nw，直读波长为580-720nm。

更进一步地，所述的旋转门具有三翼，相邻翼之间的夹角均为120°，形成三个各自独立的分仓；当一个分仓与烟气处理室的一弧形侧壁完全贴合，对烟雾进行消除时，另一个分仓与烟气入口通道配合使用，用于烟气的进入，该分仓的部分与烟气处理室的另一弧形侧壁贴合；与此同时，余下的一个分仓与烟气出口通道配合使用，将处理后的烟气排出，该分仓的部分与烟气处理室的另一圆弧形侧壁贴合。

进一步地，所述的旋转门与一旋转轴连接，跟随旋转轴实时转动。

进一步地，旋转轴的转速为2～3r/min，旋转门跟随旋转轴转动至其中一个分仓与烟气处理室的一侧壁相贴合时，旋转轴停止转动，当该分仓内的激光功率计接受到的光线的透光率大于0.5时，旋转轴重新开始工作，并且其最长停滞时间为20s。

进一步地，所述旋转门的材质为钢化玻璃，烟气处理室的材质为钢材，烟气入口通道和烟气出口通道的材质为钢材。

进一步地，所述的烟气处理室由两个呈对称设置的圆弧形侧壁组成，圆弧形侧壁对应的圆心角为120°。

本发明还采用如下的技术方案为：上述旋转式声波消烟装置的使用方法，其步骤如下：将旋转式声波消烟装置放置于隧道或房间的出风口，当发生火灾时，隧道或房间内的烟气通过烟气进口通入到旋转式消烟装置中，当旋转门旋转至完全贴合于烟气处理室时，旋转轴停止转动，喇叭声源开始工作，发出一定频率的高强声波，对烟雾进行消除，处理一定时间后，当透光度降低至给定阈值后，旋转门继续转动，将处理后的烟气排出，并进行下一轮声波团聚消烟。

进一步地，在隧道顶部或通道内每隔30～40m放置一个旋转式声波消烟装置。

本发明具有的有益效果为：

1、本发明的独特的旋转式结构，使烟气处理的方式由大空间转变为小空间，在现有的烟气处理基础上大大提高了处理效率，减少了烟气处理的时间。

2、本发明独特的旋转式结构，使火场中产生的烟气从流动状态变为静止状态后进行处理，提高了声波团聚的效率，大幅降低了火场中的颗粒数目。

3、本发明独特的烟气旋转式消烟结构，使现有的连续消烟为批次处理，提高了烟气的处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-2为本发明旋转式声波消烟装置的结构示意图；

图3为本发明旋转式声波消烟装置在隧道中的放置位置的结构示意图；

图4为本发明在实际消烟过程中，声波处理室内的烟雾透光率变化情况图；

图5为使用本发明在实际消烟过程中，用扫描电镜拍摄到的消烟前后的火灾烟雾颗粒微观结构，其中，图5a为初始烟雾颗粒图，图5b为团聚后颗粒图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行详细说明，以便于本领域技术人员更好地理解本发明，但下面描述中的实施例仅为本发明的一些实施例，本发明不局限于以下实施例。

实施例

如图1-3所示的一种旋转式声波消烟装置，其由旋转轴1、喇叭声源2、激光发射器3、烟气入口通道4、烟气处理室5、烟气出口通道6、旋转门7、激光功率计8和旋转板9。

旋转轴1转速可调节；旋转轴1与旋转门7相互连接；旋转轴1、旋转门7均与旋转板9相互连接，后两者均跟随旋转轴同步转动。烟气处理室不随旋转门进行转动，固定连接在烟气入口通道4与烟气出口通道6之间。

喇叭声源2，即为可以发出正弦声波声音的装置。本实施例中喇叭声源由信号发生器、压缩式驱动器和喇叭筒组成。信号发生器与压缩式驱动器通过音频线相连，压缩式驱动器安装在喇叭筒的口部；压缩式驱动器在信号发生器的作用下产生高强声场，该高强声场进一步通过喇叭筒放大。由于信号发生器、压缩式驱动器和喇叭筒的连接以及发声方式为本领域所熟知，不作详述。在其他实施例中，还可采用电声喇叭或压电陶瓷换能器替换喇叭声源2中的压缩式驱动器和喇叭筒。

所述喇叭声源2中信号发生器频率为12～15kHz，功率为80～120W。信号发生器的电源插头插孔连接供电，同时采用蓄电池供电，若发生火灾停电时也不会影响喇叭声源的正常工作。

所述激光发射器3固定于上方旋转板9，激光功率计8固定于下方旋转板9，均可跟随旋转板发生同步转动，两者呈上下对应方式布置，保证激光发射器发射的光线可被激光功率计接收，并且两者相距1～1.2m，形成的光线光程为0.9～1.1m。

所述烟气处理室5为固定结构，布置于旋转装置周围，所用材质为钢制材料，处理区间为120°。

所述旋转门7跟随旋转轴1同步转动，转速为2～3r/min，旋转门7跟随旋转轴1转动至与烟气处理室5相贴合时，旋转轴停止转动，当激光功率计8接受到的光线的透光率大于0.5时，旋转轴重新开始工作，并且其最长停滞时间为20s，若20s时透光率依旧低于0.5，旋转轴依旧会重新开始工作，保证消烟正常进行。

所述旋转式声波消烟装置放置于隧道10上方的通风口处，烟气入口通道4对应隧道通风口。

使用本发明旋转式声波消烟装置，将旋转式声波消烟装置放置于隧道或房间的出风口，当发生火灾时，房间内的烟气通过烟气进口通入到旋转式消烟装置中，激光功率计8接收到的激光发射器3射出的激光光线，当透光率低于设定的阈值时，喇叭声源2开始工作，发出一定频率的高强声波，对烟雾进行消除，并且当旋转门7中的两扇旋转至完全贴合于烟气处理室5时，其中的烟雾所处环境类似与一个密闭的团聚室，可大幅减少其中烟雾的颗粒数目，增大排出装置的烟气能见度，以减少对外界环境的损害。

如图4所示，为使用本装置下装置内烟雾浓度在未开启声波与开启声波情的烟雾透光率变化，其中的烟雾为聚苯乙烯火灾烟雾，是由燃烧气氛可控的燃烧炉加热聚苯乙烯材料生成的，其中装置内的喇叭所使用的声波频率为1.5kHz，功率为11.3W(电压为10V)，对应的声压级为141dB。烟雾在自然沉降的条件下2min内其中的透光率基本不发生变化，烟雾浓度极高，事实上，聚苯乙烯火灾烟雾在密闭空间内几小时其烟雾浓度基本不发生变化，在使用本装置开启声波进行团聚作用后，其中的烟雾透光率大幅提升，在约15s时便达到了50％，作用90s时其中的烟雾基本消除完毕，效果十分明显。

如图5所示，采用扫描电镜对聚苯乙烯火灾烟雾的微观结构进行拍摄，初始的烟雾颗粒粒径很小，大多在4μm以下，粒径较为分散，并且初始烟雾颗粒中低于2μm的颗粒较多，见图5a；经过本装置处理后烟雾颗粒的团聚体的尺寸能达到约100μm，大团聚体发生重力沉降，颗粒数目大幅减少，消烟效果十分明显，见图5b。

Claims (10)

1.旋转式声波消烟装置，包括烟气入口通道、烟气出口通道和位于两者之间的烟气处理室，其特征在于，所述的烟气处理室与烟气入口通道和烟气出口通道连为一体；烟气处理室由两个弧形侧壁构成，形成一两端开口的空腔，该空腔的一端与烟气入口通道相通，另一端与烟气出口通道相通；

所述空腔内置多翼型旋转门，所述旋转门的底部和顶部分别连接一旋转板，旋转门的相邻两翼之间形成一个分仓；旋转门至少具有三翼，从而形成至少三个各自独立的分仓，至少有一个分仓可与烟气处理室的一圆弧形侧壁配合使用，对烟雾进行消除；至少有一个分仓与烟气入口通道配合使用，用于烟气的进入；至少有一个分仓与烟气出口通道配合使用，将处理后的烟气排出；

每一个分仓内设有喇叭声源、激光发射器和位于激光发射器正下方的激光功率计，激光功率计用于实时监测分仓内的透光率。

2.根据权利要求1所述的旋转式声波消烟装置，其特征在于，所述的喇叭声源固定于旋转门顶部的旋转板上，跟随旋转板同步转动；喇叭声源的频率为1-10kHz，功率为50-100W。

3.根据权利要求1所述的旋转式声波消烟装置，其特征在于，所述的激光发射器固定于旋转门顶部的旋转板上，发射的光线波长为600-700nm，功率为30-50nw；激光功率计固定于旋转门底部的旋转板上，激光功率计的最大量程为50nw，直读波长为580-720nm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的旋转式声波消烟装置，其特征在于，所述的旋转门具有三翼，相邻翼之间的夹角均为120°，形成三个各自独立的分仓；当一个分仓与烟气处理室的一弧形侧壁完全贴合，对烟雾进行消除时，另一个分仓与烟气入口通道配合使用，用于烟气的进入，该分仓的部分与烟气处理室的另一弧形侧壁贴合；与此同时，余下的一个分仓与烟气出口通道配合使用，将处理后的烟气排出，该分仓的部分与烟气处理室的另一圆弧形侧壁贴合。

5.根据权利要求1-3任一项所述的旋转式声波消烟装置，其特征在于，所述的旋转门与一旋转轴连接，跟随旋转轴实时转动。

6.根据权利要求1-3任一项所述的旋转式声波消烟装置，其特征在于，旋转轴的转速为2～3r/min，旋转门跟随旋转轴转动至其中一个分仓与烟气处理室的一弧形侧壁完全贴合时，旋转轴停止转动，当该分仓内的激光功率计接受到的光线的透光率大于0.5时，旋转轴重新开始工作，并且其最长停滞时间为20s。

7.根据权利要求1-3任一项所述的旋转式声波消烟装置，其特征在于，所述旋转门的材质为钢化玻璃，烟气处理室的材质为钢材，烟气入口通道和烟气出口通道的材质为钢材。

8.根据权利要求1-3任一项所述的旋转式声波消烟装置，其特征在于，所述的烟气处理室由两个呈对称设置的圆弧形侧壁组成，圆弧形侧壁对应的圆心角为120°。

9.权利要求1-8任一项所述旋转式声波消烟装置的使用方法，其特征在于，将旋转式声波消烟装置放置于隧道或房间的出风口，当发生火灾时，隧道或房间内的烟气通过烟气进口通入到旋转式消烟装置中，当旋转门旋转至完全贴合于烟气处理室时，旋转轴停止转动，喇叭声源开始工作，发出一定频率的高强声波，对烟雾进行消除，处理一定时间后，当透光度降低至给定阈值后，旋转门继续转动，将处理后的烟气排出，并进行下一轮声波团聚消烟。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，在隧道顶部或通道内每隔30～40m放置一个旋转式声波消烟装置。

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