CN113786574B - 一种二氧化碳水合物消防罐车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种二氧化碳水合物消防罐车，包括消防车体、器材室和二氧化碳水合物消防罐体，所述二氧化碳水合物罐体与器材室分为独立区域，且均与消防车体配合装备；所述二氧化碳水合物罐体内设置有水合物生成装置和分解装置；所述生成装置由载冷剂管路和与其连通的消防车制冷系统连接；所述分解装置由金属传热刺球与二氧化碳气枪连接的气体安全控制阀组成；所述金属传热刺球连接消防车电源；所述二氧化碳气枪位于消防罐体顶部，打开二氧化碳气枪并加热金属传热刺球联合作用，使二氧化碳水合物迅速分解，水合物分解产生的低温水通过水枪喷出冷却易燃物，联合二氧化碳气枪喷出的二氧化碳进行灭火。本发明所述的二氧化碳消防罐车能够同时利用二氧化碳水合物分解产生的二氧化碳和低温水进行高效率灭火，具有成本低廉、环境友好，高效持续的优点。
Description
技术领域
本发明涉及消防车技术领域，尤其涉及一种可以高效持续的应用于消防安全的二氧化碳水合物消防罐车，该消防车采用新型灭火介质储存方式实施高效灭火。
背景技术
在现有的消防技术中，灭火介质均以水或者灭火剂并配合消防车独有的高动力装备喷射出高动能高强度的雾状颗粒，进而隔绝火焰与外界接触达到灭火的目的。但是由于高动力装备所附加的高能耗，安全性低等问题一直伴随着消防车技术的升级和发展[CN306039496S]。而二氧化碳水合物作为一种水和二氧化碳结合的相变产物，其相变潜热巨大(398kJ/kg[Modelling and experimental validation of a fluidized bed basedCO2hydrate cold storage system.http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.08.092])，以1:180的体积比将二氧化碳安全高效封存[Gas HydrateProduction Technology for Natural Gas Storage and Transportation and CO2Sequestration.https://doi.org/10.2118/93492-MS],遇到高温物体或火源后会发生迅速分解，吸收大量热量，产生低温水和二氧化碳，低温水和二氧化碳都能进一步限制火灾的扩散，高效实施灭火任务。同时二氧化碳水合物也可以通过降压的方式进行分解，此发明便采取降压与升温联合方式共同作用二氧化碳水合物分解，同时自主设计一套高效升温加热装置用于二氧化碳水合物的分解。二氧化碳作为一种资源广泛，获取简单的源工质，使得二氧化碳水合物消防介质完美切合消防车技术，实现消防技术在实际应用中的突破。
发明内容
针对现有技术存在的不足，改造和升级现有消防车技术，本发明提供一种二氧化碳水合物消防罐车，可有效实现以二氧化碳水合物在消防领域中的应用，改变消防方式，提升消防能力，保护环境和人民生命安全。
本发明的技术方案是：一种二氧化碳水合物消防罐车，该消防罐车以新型灭火介质二氧化碳水合物为消防载体，以高安全性、经济性和绿色环保性为其在应用过程提供更好的价值，该消防罐车包括二氧化碳水合物罐体、载冷剂管路、电源、二氧化碳气枪、水枪、第一器材室、第二器材室和金属传热刺球；所述二氧化碳水合物罐体与第一器材室和第二器材室分别为独立区域，与消防车体装配连接，二氧化碳水合物罐体内装有为水溶液和二氧化碳气体空间两部分，水溶液与二氧化碳在低温载冷剂管路的冷却环境下生成二氧化碳水合物，并在金属传热刺球加热和二氧化碳气枪控制阀的联合作用下分解产生的低温水和二氧化碳气体，通过二氧化碳气枪和水枪喷出灭火；金属传热刺球由球体、球体连接杆和金属刺组成，且都为铜材料制品，金属传热刺球连接电源，通过电源供电加热金属传热刺球，所述金属传热刺球与电源的连接进行防水处理。本发明的主要原理便是利用加热与气体释放使新型灭火介质二氧化碳水合物快速分解，使得分解产物能够实现高效，方便无污染的消防过程。
所述的二氧化碳水合物罐体由不锈钢制成，可承受5MPa压力，5MPa的压力是为了维持二氧化碳水合物在储存过程中的稳定，同时可以在消防过程的前期阶段直接利用高压气体进行灭火；罐体上部和下部分别安装二氧化碳气枪和水枪，二氧化碳气枪连接气体安全控制阀，可调控二氧化碳的释放速度，罐体外包裹一层导热系数小于0.04W/(m·K)的保温材料。
所述的二氧化碳水合物罐体内部分为水溶液和二氧化碳气体空间，二氧化碳气体空间与水溶液之间体积比为1:4，预留二氧化碳气体空间是因为二氧化碳水合物转化过程中会发生体积变化，体积变化会挤压罐体内制冷剂盘管和金属传热刺球，防止设备出现挤压故障；其中二氧化碳气体空间压力维持在3-4Mpa。
所述水溶液为特殊的含有表面活性剂溶液，该溶液为1000ppm的十二烷基硫酸钠溶液，其特征在于，十二烷基硫酸钠作为一种表面活性剂能使二氧化碳水合物生成更加松散，利于二氧化碳灭火介质的储存和释放，松散的二氧化碳水合物利于消防过程中二氧化碳气体和水溶液的流通；十二烷基硫酸钠溶液能使水合物分解后的水溶液具有一定发泡功能，通过水枪的高压喷射后，形成雾状颗粒，实施大范围灭火。
所述的低温冷却管路与消防车制冷系统相接，管路材料为铜管或不锈钢管，以螺旋状形状排布在消防罐体内，管路尺寸内径8mm，外径为10mm，上下管间距维持50mm，管路内部流通50wt％的乙二醇溶液，乙二醇溶液与消防车制冷系统进行热交换提供二氧化碳水合物生成所需低温环境，该比例的乙二醇溶液具有较高的比热容，能够赋存和交换更多能量。
所述的电源为消防车体电源，可提供200W功率，电源与金属传热刺球连接，在水合物分解阶段电源提供二氧化碳水合物分解时热量，通过金属传热刺球热量传递使得二氧化碳水合物分解，联合金属传热刺球和二氧化碳气枪作用，控制二氧化碳气枪上的气体安全控制阀共同分解二氧化碳水合物，短时间内提供大量二氧化碳灭火介质和低温水溶液冷却介质；分解产生的二氧化碳和低温水溶液也可通过二氧化碳气枪和水枪进行混合，形成一种气液两相灭火材料，实施高效消防作业。
所述的器材室分为第一器材室和第二器材室，第一器材室中具有破拆设备、卷盘、水泵等；第二器材室中装备消防水带、操作仪表盘等，第一器材室和第二器材室具有实施消防作业的常用消防工具。
所述的金属传热刺球由球体、球体连接杆和金属刺组成，且都为铜材料制品，所述金属传热刺球连接电源，分布在金属传热刺球上的金属刺均匀分焊接在金属表面，结构为直径为5-10mm，长度为40-200mm的圆柱，根据实际情况可加工10-30根不等的金属刺，金属传热刺的球体半径为40-80mm，该尺寸的金属刺可使整个加热设备的比表面积增加将近20倍，高效提升换热效果；此外根据实际应用环境在金属连接杆上加工更多金属传热刺球，为了能使二氧化碳水合物受热更加均匀，可调整金属连接杆走向；电源功率也可根据实际金属传热刺球规模进行适当调整，金属传热刺球与电源的连接处需进行防水处理。
本发明的二氧化碳水合物消防罐车，提供了一种能够在消防罐车中使用的二氧化碳水合物；这种介质具有来源广，无污染；该介质使得二氧化碳储存高效且稳定，储存环境适宜，具有较高的能量和储存效率，结合消防罐车设备结构能够实现二氧化碳的快速释放和低温冷却介质的高效利用，体现出该介质在消防罐车中的高效性和经济性，且环境友好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是金属传热刺球结构示意图。
图3是二氧化碳水合物冷量储存温度压力图。
图4是消防罐车灭火过程中罐体内温度压力图。
图中：1二氧化碳水合物罐体；2水溶液；3二氧化碳气体空间；4载冷剂管路；5电源；6二氧化碳气枪；7水枪；8第一器材室；9第二器材室；10金属传热刺球；11球体；12球体连接件；13金属刺。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种二氧化碳水合物消防罐车，该消防罐车包括二氧化碳水合物罐体、载冷剂管路、电源、二氧化碳气枪、水枪、第一器材室、第二器材室和金属传热刺球；二氧化碳水合物罐体与第一器材室和第二器材室分别为独立区域，与消防车体装配连接，二氧化碳水合物罐体内装有为水溶液和二氧化碳气体空间两部分，水溶液与二氧化碳在低温载冷剂管路的冷却环境下生成二氧化碳水合物，并在金属传热刺球加热和二氧化碳气枪控制阀的联合作用下分解产生的低温水和二氧化碳气体，通过二氧化碳气枪和水枪喷出灭火，水溶液可为用于制作消防泡沫液的清水泡沫灭火剂，可在水枪处连接消防泡沫制作装置，使得水枪升级为消防泡沫枪，进一步强化灭火效果；金属传热刺球由球体、球体连接杆和金属刺组成，且都为铜材料制品或高导热金属材料，金属传热刺球连接电源，通过电源供电加热金属传热刺球，金属传热刺球与电源的连接进行防水处理。本发明利用加热与气体释放使新型灭火介质二氧化碳水合物快速分解，使得分解产物能够实现高效，方便无污染的消防过程。
实施例1：
本发明所述消防车在工作时，需提前将消防罐体内的充入罐体总体积80％的水溶液和二氧化碳气体，其中水溶液可为1000ppm的十二烷基硫酸钠溶液或为制作消防泡沫液的清水泡沫灭火剂，通过罐车自身制冷系统将二氧化碳水合物罐体冷却至2℃，在此环境下生成二氧化碳水合物。其中水与二氧化碳的摩尔比需维持在1：10左右(二氧化碳气体空间压力维持在4Mpa左右)，在这种比例下可保证二氧化碳水合物制备完全后，剩余气体空间仍然具有高浓度的二氧化碳气体，既可以保证二氧化碳水合物的安全储存，也可以在灭火初期提供主要的二氧化碳来源。如图3所示，充入3.5MPa压力的二氧化碳后水合物储冷过程，结束后压力可维持在1.7MPa，温度在2.1℃。同时，在罐体外覆盖保温层，避免二氧化碳水合物提前分解。在进行灭火是，先打开二氧化碳气枪，将罐体内二氧化碳气体释放，当上部空间压力低于二氧化碳水合物相平衡点(2℃，1.63MPa[Review on CO2 hydrate formation/dissociation and its coldenergy application.http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.04.062])时,二氧化碳水合物开始分解。如图4所示，当打开气体控制阀时，槽体内压力气体会外放，用于灭火，此时槽体压力和温度出现急剧下降；然后调控二氧化碳气枪阀门控制二氧化碳排出速度，使得罐体内压力控制在1MPa左右，在此压力下既可以维持二氧化碳持续输出灭火，也可以保证由于压力降低过快导致槽体温度过低导致结冰堵塞气体阀门；待二氧化碳气体释放完毕之后，槽体内剩余大量低温液体，低温液体可通过水枪进行二次灭火，该灭火过程持续25分钟左右，具有高效持续的特点；在灭火过程中也可以同时进行气枪和水枪同时灭火功能。此外，若需更快达到灭火效果，可打开电源，加热金属传热刺球实现升温和降压联合分解模式，实现二氧化碳的快速释放，同时打开水枪装置喷射出具有低温和高动量的水溶液，实现二氧化碳水合物的高效灭火过程。
实施例2：
二氧化碳水合物罐体中也可填充二氧化碳水合物颗粒，颗粒直径可维持在1-2cm，该二氧化碳水合物颗粒的制备可在特殊的符合制备条件的场所进行，进行消防任务前将水合物颗粒填充进罐体内且填充体积为80％左右，并充入将近3-4MPa的二氧化碳气体，在保温层作用下防止水合物分解。执行消防任务时，消防车前往事故现场中，利用发动机余热和金属传热刺球进行水合物的少量分解，当消防车达到现场之后打开加热电源，热量通过金属传热刺球达到金属罐体内使得水合物快速分解，然后打开二氧化碳气枪，对准火源灭火的同时，降低消防罐体的压力，进一步加速消防罐体水合物的分解，待气枪无法提供消防所需二氧化碳时，打开水枪使分解水或水合物浆体从水枪喷出，进行第二轮的灭火。此外水枪可置换为泡沫枪，因为制备二氧化碳水合物的水溶液为制备灭火泡沫的灭火剂，水合物分解后可经过额外增加的泡沫制备机器制造泡沫，从泡沫枪中喷出达到高效灭火的作用。
Claims (3)
1.一种二氧化碳水合物消防罐车，其特征在于，包括二氧化碳水合物罐体（1）、载冷剂管路（4）、电源（5）、二氧化碳气枪（6）、水枪（7）、第一器材室（8）、第二器材室（9）和金属传热刺球（10）；
所述二氧化碳水合物罐体（1）与第一器材室（8）和第二器材室（9）分别为独立区域，与消防车体装配连接，二氧化碳水合物罐体（1）内装有为水溶液（2）和二氧化碳气体空间（3）两部分，水溶液（2）与二氧化碳在低温载冷剂管路的冷却环境下生成二氧化碳水合物，并在金属传热刺球（10）加热和二氧化碳气枪上的气体安全控制阀的联合作用下分解产生的低温水和二氧化碳气体，通过二氧化碳气枪（6）和水枪（7）喷出灭火；
所述的二氧化碳水合物罐体（1）内部分为水溶液（2）和二氧化碳气体空间（3），二氧化碳气体空间（3）与水溶液（2）之间体积比为1:4，预留二氧化碳气体空间是因为二氧化碳水合物转化过程中会发生体积变化，体积变化会挤压罐体内制冷剂盘管和金属传热刺球，防止设备出现挤压故障；其中二氧化碳气体空间压力维持在3-4Mpa；
所述水溶液（2）为特殊的含有表面活性剂溶液，该溶液为1000ppm的十二烷基硫酸钠溶液，其特征在于，十二烷基硫酸钠溶液能使二氧化碳水合物生成更加松散，利于二氧化碳灭火介质的储存和释放；
所述的器材室分为第一器材室（8）和第二器材室（9），第一器材室（8）中具有破拆设备、卷盘、水泵；第二器材室（9）中装备消防水带、操作仪表盘，第一器材室（8）和第二器材室（9）具有实施消防作业的常用消防工具；
所述的金属传热刺球（10）由球体（11）、球体连接杆（12）和金属刺（13）组成，且都为铜材料制品，所述金属传热刺球（10）连接电源（5），分布在金属传热刺球（10）上的金属刺（13）均匀分焊接在金属表面，结构为直径为5-10mm，长度为40-200mm的圆柱，金属刺（13）为10-30根，金属传热刺球的球体（11）半径为40-80mm，金属传热刺球（10）与电源的连接处进行防水处理；
所述二氧化碳水合物罐体（1）由不锈钢制成，可承受5MPa压力，罐体上部和下部分别安装二氧化碳气枪（6）和水枪（7），二氧化碳气枪（6）连接气体安全控制阀，可调控二氧化碳的释放速度，罐体外包裹一层导热系数小于0.04 W/(m·K)的保温材料。
2.如权利要求1所述的一种二氧化碳水合物消防罐车，其特征在于，所述的载冷剂管路（4）与消防车制冷系统相接，管路材料为铜管或不锈钢管，以螺旋状形状排布在消防罐体内，管路尺寸内径8mm，外径为10mm，上下管间距维持50mm，管路内部流通50wt%的乙二醇溶液,乙二醇溶液与消防车制冷系统进行热交换提供二氧化碳水合物生成所需低温环境。
3.如权利要求2所述的一种二氧化碳水合物消防罐车，其特征在于，所述的电源（5）为消防车体电源，可提供200W功率，电源（5）与金属传热刺球（10）连接，在水合物分解阶段电源（5）提供二氧化碳水合物分解时热量，通过金属传热刺球（10）热量传递使得二氧化碳水合物分解，联合金属传热刺球（10）可联合二氧化碳气枪（6）同时作用，通过控制二氧化碳气枪上的气体安全控制阀共同分解二氧化碳水合物，短时间内提供大量二氧化碳灭火介质。
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