CN114733115A - 一种基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹 - Google Patents

Abstract

提供了一种基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，包括依次连接的破窗器(1)、头锥(2)、灭火战斗部(4)和推进装置(7)；还包括灭火弹控制系统(3)、加热套(5)和尾翼(6)；破窗器(1)位于弹体头锥前部；头锥(2)为连接破窗器(1)和灭火战斗部(4)的弧形过渡段；灭火战斗部(4)内部装填有二氧化碳、全氟胺和钾气溶胶的混合物；加热套(5)设置在灭火战斗部(4)外围；灭火战斗部(4)与头锥(2)连接处的端面上设置开口，开口通过聚乙烯密封片(9)封堵；灭火弹控制系统(3)同时控制聚乙烯密封片的封堵、加热套(5)和推进装置(7)；尾翼(6)设置在灭火战斗部(4)后端的两侧，用于控制弹体飞行姿态。

Description

一种基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹

技术领域

本发明总体地涉及消防灭火技术，具体涉及一种超临界二氧化碳灭火剂灭火弹。

背景技术

高层建筑是城市现代化的标志，高层建筑灭火和救援是世界性难题，灭火救援云梯最高只能到90多米，消防水枪的喷射高度有限，导弹和无人机进行高空灭火技术正在迅速发展。

利用旋翼无人机悬停在高层建筑窗外，发射干粉灭火弹至室内爆炸，干粉分散灭火是一种最普遍和高效的灭火方式。但是，目前市面上的干粉灭火弹，发射推进和爆破能源均采用火工品，火工品燃烧释放热量可能进一步加剧火势，并且在生产、运输、贮存、使用和销毁环节有着严格的管理规定，含有火工品的干粉灭火弹无法在消防救援行动中广泛使用。

因此，研发一种无火工品灭火弹对利用无人机扑灭高层建筑火灾具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界二氧化碳灭火剂灭火弹，它属于压缩气体抛投装置，以二氧化碳、全氟胺和钾气溶胶为灭火剂，抛洒过程中，二氧化碳被加热至超临界二氧化碳状态，适用于多旋翼无人机高层建筑灭火的灭火弹。

本发明的技术方案是，一种基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，包括依次连接的破窗器、头锥、灭火战斗部和推进装置；还包括灭火弹控制系统、加热套和尾翼；所述破窗器位于弹体头锥前部，用于以尖锐角破除障碍；所述头锥为连接破窗器和灭火战斗部的弧形过渡段；所述灭火战斗部内部装填有高压二氧化碳、全氟胺和钾气溶胶的混合物；所述加热套设置在灭火战斗部外围，用于加热灭火战斗部内部的二氧化碳至达到临界状态；所述灭火战斗部与头锥连接处的端面上设置开口，所述开口通过聚乙烯密封片封堵；所述灭火弹控制系统安装在所述聚乙烯密封片上，与地面无线遥控装置、加热套和推进装置通讯连接，以进行信号传递；与所述聚乙烯密封片连接，用于解除聚乙烯密封片的封堵作用；所述尾翼设置在灭火战斗部后端的两侧，用于控制弹体飞行姿态。

进一步的，上述破窗器由硬质合金材料制成，其前端为圆锥角在30～45°范围的圆锥状。

进一步的，上述灭火剂战斗部壳体为铝合金材质，耐压不低于20MPa。

进一步的，上述灭火战斗部内部装填的混合物中，全氟胺与二氧化碳的质量比为1/10～3/10，钾气溶胶与二氧化碳的质量比为1/10～1/100。

进一步的，上述推进装置为充装高压二氧化碳的推进器；所述尾翼的材质为聚乙烯或聚丙烯材质。

进一步的，上述全氟胺为全氟三乙胺、全氟三丙胺和全氟三正丁胺的一种或混合物。

进一步的，上述钾气溶胶为磷酸二氢钾、碳酸氢钾、草酸钾、氯化钾、碳酸钾中的一种或混合物，其粒径5μm以下。

进一步的，上述钾气溶胶为磷酸二氢钾。

进一步的，上述钾气溶胶的制备方法为：将钾盐干燥后与白炭黑、硬脂酸钙按一定比例混合后进行气流粉碎，粒度分级得到粒径5μm以下的钾气溶胶。

进一步的，上述所述灭火弹控制系统包括信号接收器、电源和电阻片；

所述信号接收器与地面线遥控装置通讯连接，用于接收通讯信号；同时与电加热套、推进装置和电源连接连接，用于转发启动信号指令；所述电源与电阻片连接，所述电阻片为表面涂覆有铝热剂的镍铁合金电阻片，所述电阻片安装在所述聚乙烯密封片上。

灭火弹控制系统通过螺栓固定在战斗部端部，战斗部端部的灭火剂喷口用聚乙烯密封片密封，聚乙烯密封片表面有镍铁合金电阻片，镍铁合金电阻片表面涂覆一层铝热剂，并与信号接收器的控制电路相连。控制电路在灭火弹控制系统模块内部，电源在控制电路控制下对镍铁合金片通电发热，引燃铝热剂。灭火弹控制系统同时为推进装置供电，控制推进装置激发。

本发明装置的灭火工作原理是：灭火弹控制系统安装在灭火战斗部头部的聚乙烯密封片上，灭火弹控制系统接收地面的灭火剂战斗部启动无线信号，通电将加热套快速升温到40℃以上，使灭火剂战斗部内的二氧化碳达到超临界状态，同时快速加热聚乙烯密封片上涂覆了铝热剂的镍铁合金电阻片，镍铁合金电阻片发热引燃铝热剂，高温熔渣使聚乙烯密封片发生破坏，从而使封堵灭火战斗部端面的口部敞开，灭火战斗部内的超临界二氧化碳和全氟胺混合物从聚乙烯密封片封口处喷出，实现快速灭火。

本发明装置的使用过程为：在遇到高层建筑火灾时，采用旋翼无人机将灭火弹携带至高层建筑火灾现场附近，瞄准的同时，通过地面无线控制装置启动推进装置，推进装置被激发后，其内部高压二氧化碳气体从推进装置尾部喷出，产生推力使灭火弹加速撞击高层建筑玻璃窗，在加速度作用下破窗器使玻璃破碎，灭火剂战斗部落入火灾现场；加热套根据灭火弹控制系统转发的地面无线控制信号控制指令，通电使灭火战斗部的接触壳体快速升温到40℃以上，进而使灭火剂战斗部内的二氧化碳达到超临界状态；同时，灭火弹控制系统的电池提供电流给镍铁合金电阻片，快速加热镍铁合金电阻片及其表面的铝热剂，镍铁合金电阻片发热引燃铝热剂，高温熔渣使聚乙烯密封片发生破坏，灭火战斗部内的超临界二氧化碳和全氟胺混合物从聚乙烯密封片封口处喷出，实现快速灭火。

本发明克服了现有含有火工品的干粉灭火弹灭火效率低、无法在消防救援行动中广泛使用的不足，提供了一种无毒性、电绝缘性高、洁净的多效协同灭火剂，可最大限度提高高层建筑室内空间的灭火效率。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1为本发明实施例1中一种超临界二氧化碳灭火剂灭火弹的结构示意图，

图2为本发明实施例1中一种超临界二氧化碳灭火剂灭火弹的灭火弹控制系统结构示意图，

其中1-破窗器；2-头锥；3-灭火弹控制系统；4-灭火战斗部；4-加热套；6-尾翼；7-推进装置；8-电阻片；9-聚乙烯密封片；10-信号接收器，11-螺栓孔；12-电源。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

一种超临界二氧化碳灭火剂灭火弹，其结构如图1所示，包括包括依次连接的破窗器1、头锥2、灭火战斗部4和推进装置7；还包括灭火弹控制系统3、加热套5和尾翼6；

各部分的连接关系如下：

破窗器1位于弹体头锥前部，用于以尖锐角破除障碍；

所述头锥2为连接破窗器1和灭火战斗部4的弧形过渡段；

所述灭火战斗部4内部装填有二氧化碳、全氟胺和钾气溶胶的混合物；

所述加热套5设置在灭火战斗部4外围，用于加热灭火战斗部内部的二氧化碳至达到超临界状态；

所述灭火战斗部4与头锥2连接处的端面上设置开口，所述开口通过聚乙烯密封片9封堵；

所述灭火弹控制系统3安装在所述聚乙烯密封片上，与地面无线遥控装置、加热套5和推进装置7通讯连接，以进行信号传递；与所述聚乙烯密封片连接，用于解除聚乙烯密封片9的封堵作用；

所述尾翼6设置在灭火战斗部4后端的两侧，用于控制弹体飞行姿态。

所述灭火弹控制系统3的具体结构示意如图2所示，包括信号接收器10、电源12和电阻片8；所述信号接收器10与地面线遥控装置通讯连接，用于接收通讯信号；同时与电加热套5、推进装置7和电源12连接，用于转发启动信号指令；所述电源12与电阻片8连接，所述电阻片8为表面涂覆有铝热剂的镍铁合金电阻片，所述电阻片8安装在所述聚乙烯密封片9上。灭火弹控制系统3整体和聚乙烯密封片9通过螺栓孔11固定在灭火战斗部端部开口位置。

各部分优选连接方式：破窗器与头锥之间通过螺纹连接，灭火弹控制系统连接聚乙烯密封片后整体固定在灭火战斗部端部，通过螺栓固定；灭火战斗部充装混合物后，将加热套用万能胶粘接在灭火战斗部外表面；尾翼通过螺丝固定在灭火战斗部尾部；推进装置与灭火战斗部通过法兰进行连接，螺栓固定。

各部分的优选设计如下：

破窗器1由硬质合金材料制成，其前端为圆锥角在30～45°范围的圆锥状。

灭火剂战斗部4壳体为铝合金材质，耐压不低于20MPa。

所述灭火战斗部4内部装填的混合物中，全氟胺与超临界二氧化碳的质量比为1/10～3/10，钾气溶胶与二氧化碳的质量比为1/10～1/100。

推进装置7为充装高压二氧化碳的推进器；所述尾翼6的材质为聚乙烯或聚丙烯材质。

全氟胺为全氟三乙胺、全氟三丙胺和全氟三正丁胺的一种或混合物。

钾气溶胶为磷酸二氢钾、碳酸氢钾、草酸钾、氯化钾、碳酸钾中的一种或混合物，其粒径5μm以下。

钾气溶胶为磷酸二氢钾。钾气溶胶的制备方法为：将钾盐干燥后与白炭黑、硬脂酸钙按一定比例混合后进行气流粉碎，粒度分级得到粒径5μm以下的钾气溶胶。

实施例2

一种灭火剂战斗部内混合物配方及装填：

取90kg磷酸二氢钾、6k气相白炭黑和4kg硬脂酸钙，先在三维混合机中混合均匀，气流粉碎机粉碎，粒度分级得到粒径小于5μm的钾气溶胶。取钾气溶胶0.5kg，全氟三乙胺2kg，分别加入灭火剂战斗部，然后充入10kg二氧化碳，控制充气压强7.5-8.0MPa，得到充装液态二氧化碳灭火剂的灭火战斗部。将灭火弹各模块进行组装。

实施例3

一种灭火剂战斗部内混合物配方及装填：

取40kg碳酸钾、50kg草酸钾、5k气相白炭黑和5kg硬脂酸钙，先在三维混合机中混合均匀，气流粉碎机粉碎，得到粒径小于5μm的钾气溶胶。取钾气溶胶0.6kg，全氟三丙胺1kg，分别加入灭火剂战斗部，然后充入11kg二氧化碳，控制充气压强7.5-8.0MPa，得到充装液态二氧化碳灭火剂的灭火战斗部。将灭火弹各模块进行组装。

实施例4

一种灭火剂战斗部内混合物配方及装填：

取30kg氯化钾、65kg草酸钾、3k气相白炭黑和2kg硬脂酸钙，先在三维混合机中混合均匀，气流粉碎机粉碎，得到粒径小于5μm的钾气溶胶。取钾气溶胶1kg，全氟三正丁胺0.5kg，分别加入灭火剂战斗部，然后充入12.5kg二氧化碳，控制充气压强不高于7.5-8MPa，得到充装二氧化碳灭火剂的灭火战斗部。将灭火弹各模块进行组装。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，包括依次连接的破窗器(1)、头锥(2)、灭火战斗部(4)和推进装置(7)；

还包括灭火弹控制系统(3)、加热套(5)和尾翼(6)；

所述破窗器(1)位于弹体头锥前部，用于以尖锐角破除障碍；

所述头锥(2)为连接破窗器(1)和灭火战斗部(4)的弧形过渡段；

所述灭火战斗部(4)内部装填有二氧化碳、全氟胺和钾气溶胶的混合物；

所述加热套(5)设置在灭火战斗部(4)外围，用于加热灭火战斗部内部的二氧化碳至达到临界状态；

所述灭火战斗部(4)与头锥(2)连接处的端面上设置开口，所述开口通过聚乙烯密封片(9)封堵；

所述灭火弹控制系统(3)安装在所述聚乙烯密封片上，与地面无线遥控装置、加热套(5)和推进装置(7)通讯连接，以进行信号传递；与所述聚乙烯密封片连接，用于解除聚乙烯密封片(9)的封堵作用；

所述尾翼(6)设置在灭火战斗部(4)后端的两侧，用于控制弹体飞行姿态。

2.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述破窗器(1)由硬质合金材料制成，其前端为圆锥角在30～45°范围的圆锥状。

3.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述灭火剂战斗部(4)壳体为铝合金材质，耐压不低于20MPa。

4.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述灭火战斗部(4)内部装填的混合物中，全氟胺与二氧化碳的质量比为1/10～3/10，钾气溶胶与二氧化碳的质量比为1/10～1/100。

5.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述推进装置(7)为充装高压二氧化碳的推进器；

所述尾翼(6)的材质为聚乙烯或聚丙烯材质。

6.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述全氟胺为全氟三乙胺、全氟三丙胺和全氟三正丁胺的一种或混合物。

7.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述钾气溶胶为磷酸二氢钾、碳酸氢钾、草酸钾、氯化钾、碳酸钾中的一种或混合物，其粒径5μm以下。

8.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述钾气溶胶为磷酸二氢钾。

9.如权利要求7所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述钾气溶胶的制备方法为：将钾盐干燥后与白炭黑、硬脂酸钙按一定比例混合后进行气流粉碎，粒度分级得到粒径5μm以下的钾气溶胶。

10.如权利要求1所述的基于超临界二氧化碳灭火剂的灭火弹，其特征在于，

所述灭火弹控制系统(3)包括信号接收器(10)、电源(12)和电阻片(8)；

所述信号接收器(10)与地面线遥控装置通讯连接，用于接收通讯信号；同时与电加热套(5)、推进装置(7)和电源(12)连接连接，用于转发启动信号指令；

所述电源(12)与电阻片(8)连接，所述电阻片(8)为表面涂覆有铝热剂的镍铁合金电阻片，所述电阻片(8)安装在所述聚乙烯密封片(9)上。

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