CN115006768B - 一种双极荷电水雾喷头及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双极荷电水雾喷头，包括喷头主体(1)，所述喷头主体(1)的下部设有喷嘴(101)，所述喷头主体(1)上安装有正电荷感应装置(2)以及负电荷放电装置(3)，所述正电荷感应装置(2)以及负电荷放电装置(3)的放电端分别位于喷嘴(101)下方的不同距离处用于使得喷嘴(101)处的水雾带上正负电荷从而形成双极荷电水雾。本发明还提供了一种双极荷电水雾喷头的应用。本发明结构简单，操作方便，正负接线端子通过外接同一个电源即可产生双极荷电的水雾，能够快速消除空间中细颗粒烟雾，短时间内提高火灾现场能能见度与透光率。

Description

一种双极荷电水雾喷头及其应用

技术领域

本发明涉及消防灭火安全技术领域，特别涉及一种双极荷电水雾喷头及其应用。

背景技术

目前，细水雾灭火技术灭火速率高，用水量少的优点，受到广泛应用。管道水在高压作用下经喷头产生较细小的水滴。由于细水雾雾滴粒径较小，促进雾滴与可燃物间的热交换，能够较好的吸热冷却，研究表明：细水雾粒径较小在热交换过程中迅速汽化，体积剧烈膨胀，能够形成可燃物与外界空间的屏障，阻断热辐射传递抑制燃烧。由于细水雾具有较好的灭火作用，所以被广泛应用在火灾救助现场。细水雾灭火技术具有的功效和优点，是消防灭火技术发展的一个重要方向。

现有的细水雾喷头雾化作用达到较高水准，能够快速有效灭火。但是，但是，现有的细水雾的灭火主要还是依靠物理抑制扑灭火源，同时对火灾产生的细颗粒烟雾消除效果较差；而荷电细水雾喷头在消防领域逐渐兴起，但多集中于单极性荷电方式，且为感应荷电，仅能使水雾带上正电荷，能耗较大。负极性荷电研究较少。

专利文献CN 203886079 U描述了一种装置，该装置为荷电细水雾喷头。专利文献CN 110090382 A描述了荷电双流体水雾喷头。上述已知的装置的缺点是：水雾荷电装置仅为单极性荷电，改变荷电特性与荷电量需要额外改变电源电压，且对外电源电压要求过高，颗粒荷电量与荷电特性受到限制。此外单极性荷电水雾对可燃火焰的扑灭有限，对烟雾颗粒的消除和能见度的提升效果不如双极性效果好，目前双极荷电细水雾的装置以及应用于灭火的案例至今未见有公开报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提出一种双极荷电水雾喷头及其应用，通过产生双极荷电的水雾能够快速消除空间中细颗粒烟雾，短时间内提高火灾现场能能见度与透光率，另外，双极荷电环在放电过程中产生的等离子体会干扰燃烧过程，抑制燃烧过程，可有效增强对火源的化学抑制，解决目前的单极性细水雾荷电的灭火不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双极荷电水雾喷头，包括喷头主体，所述喷头主体的下部设有喷嘴，所述喷头主体上安装有正电荷感应装置以及负电荷放电装置，所述正电荷感应装置以及负电荷放电装置的放电端分别位于喷嘴下方的不同距离处用于使得喷嘴处的水雾带上正负电荷从而形成双极荷电水雾。

进一步的，所述正电荷感应装置包括正电荷感应导线、第一连接三角架、第一绝缘导线、正荷电感应环以及正接线端子，所述喷头主体的左侧上端设有正接线端子，正接线端子与喷头主体内的正电荷感应导线连接并通过第一连接三角架、第一绝缘导线连接正荷电感应环。

进一步的，还包括第一高压绝缘橡胶，所述第一高压绝缘橡胶包裹于正电荷感应导线的四周。

进一步的，还包括第一外绝缘包层，所述第一外绝缘包层包裹于第一高压绝缘橡胶的四周。

进一步的，所述负电荷放电装置包括负电荷放电导线、第二连接三角架、第二绝缘导线、负电荷放电环以及负接线端子，所述喷头主体的右侧上端设有负接线端子，负接线端子与喷头主体内的负电荷放电导线连接并通过第二连接三角架、第二绝缘导线连接负电荷放电环。

进一步的，还包括第二高压绝缘橡胶，所述第二高压绝缘橡胶包裹于负电荷放电导线的四周。

进一步的，还包括第二外绝缘包层，所述第二外绝缘包层包裹于第二高压绝缘橡胶的四周。

进一步的，所述负电荷放电环上若干小圆环，所述负电荷放电环以及若干小圆环上均设有若干正反向的尖状芒刺。

进一步的，所述喷头主体内部设有超细滤网以及金属固定座，所述超细滤网用于过滤水源，所述金属固定座用于安装固定正电荷感应装置以及负电荷放电装置。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种双极荷电水雾喷头的应用，所述双极荷电水雾喷头用于在消防灭火时提高火灾现场能见度与透光率。

有益效果：本发明装置结构简单，操作方便，正负接线端子通过外接同一个电源即可产生双极荷电的水雾，能够快速消除空间中细颗粒烟雾，短时间内提高火灾现场能能见度与透光率，另外，双极荷电环在放电过程中产生的等离子体会干扰燃烧过程，抑制燃烧过程，可有效增强对火源的化学抑制，解决目前的单极性细水雾荷电的灭火不足。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的双极荷电水雾喷头的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的双极荷电水雾喷头的第一连接三角架、第一绝缘导线、正荷电感应环的俯视图；

图3为本发明实施例所述的双极荷电水雾喷头的第二连接三角架、第二绝缘导线、负电荷放电环的俯视图；

图4为本发明实施例所述的双极荷电水雾喷头对比其他方式的透光率的实际模拟效果对比图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

双荷电细水雾喷头不仅具有细水雾的灭火优势，还可以从化学方面对燃烧反应起到很好地抑制作用，同时能够快速高效消除可燃物燃烧产生的烟雾，从而实现更为高效的灭火消烟效果；研究机理为：双荷电细水雾喷头会使得烟雾颗粒被液滴捕捉(荷电后液滴直径是烟雾颗粒的10-150倍)，双荷电细水雾喷头喷出的水雾可以消烟主要是依靠液滴捕捉颗粒，另外，液滴与液滴之间可能会由于异性电荷而加速相遇，以此使液滴内部团聚核变大几率提高，液滴变的更大，加快沉降；在水流雾化过程中，雾化液滴感应荷正电后由于其表面张力改变，液滴将进一步分裂；当液滴经过负电荷放电装置时，电晕放电作用下水雾荷负电荷。荷电液滴流速加快，此时荷同性电荷液滴而相互排斥，提高水雾弥散性；当双荷电细水雾与上升烟气碰撞接触，此时，不同极性水雾相互吸引，团聚增大，快速提高火灾的能见度以及透光性；相对比单荷电细水雾喷头理论上会更高，另外，在雾化时也可以达到更好的雾化效果。同时，双极荷电环在放电过程中产生的等离子体会干扰燃烧过程，抑制燃烧过程。

实施例1

基于以上研究机理，参见图1-3：本实施例提供了一种双极荷电水雾喷头，包括喷头主体1，所述喷头主体1的下部设有喷嘴101，所述喷头主体1上安装有正电荷感应装置2以及负电荷放电装置3，所述正电荷感应装置2以及负电荷放电装置3的放电端分别位于喷嘴101下方的不同距离处用于使得喷嘴101处的水雾带上正负电荷从而形成双极荷电水雾。

本实施例通过产生双极荷电的水雾能够快速消除空间中细颗粒烟雾，短时间内提高火灾现场能见度与透光率，另外，双极荷电环在放电过程中产生的等离子体会干扰燃烧过程，抑制燃烧过程，可有效增强对火源的化学抑制，解决目前的单极性细水雾荷电的灭火不足。

在一具体的实例中，所述正电荷感应装置2包括正电荷感应导线201、第一连接三角架202、第一绝缘导线203、正荷电感应环204以及正接线端子205，所述喷头主体1的左侧上端设有正接线端子205，正接线端子205与喷头主体1内的正电荷感应导线201连接并通过第一连接三角架202、第一绝缘导线203连接正荷电感应环204。

本实施例的正接线端子设置于喷头主体的左侧可以便于外接外部电源，另外，本实施例通过第一连接三角架、第一绝缘导线能够方便对正荷电感应环进行安装固定，使得正荷电感应环正好位于喷嘴正下方。

在一具体的实例中，还包括第一高压绝缘橡胶206，所述第一高压绝缘橡胶206包裹于正电荷感应导线201的四周。

本实施例的第一高压绝缘橡胶可以用于防止正电荷感应导线漏电，提高使用安全性。

在一具体的实例中，还包括第一外绝缘包层207，所述第一外绝缘包层207包裹于第一高压绝缘橡胶206的四周。

本实施例的第一外绝缘包层能够进一步提高密封性以及绝缘性，进一步降低发生漏电的风险。

在一具体的实例中，所述负电荷放电装置3包括负电荷放电导线301、第二连接三角架302、第二绝缘导线303、负电荷放电环304以及负接线端子305，所述喷头主体1的右侧上端设有负接线端子305，负接线端子305与喷头主体1内的负电荷放电导线301连接并通过第二连接三角架302、第二绝缘导线303连接负电荷放电环304。

本实施例的负接线端子设置于喷头主体的右侧可以便于外接外部电源，另外，本实施例通过第二连接三角架、第二绝缘导线能够方便对负电荷放电环进行安装固定，使得负电荷放电环负好位于喷嘴负下方。

在一具体的实例中，还包括第二高压绝缘橡胶306，所述第二高压绝缘橡胶306包裹于负电荷放电导线301的四周。

本实施例的第二高压绝缘橡胶可以用于防止负电荷放电导线漏电，提高使用安全性。

在一具体的实例中，还包括第二外绝缘包层307，所述第二外绝缘包层307包裹于第二高压绝缘橡胶306的四周。

本实施例的第二外绝缘包层能够进一步提高密封性以及绝缘性，进一步降低发生漏电的风险。

在一具体的实例中，所述负电荷放电环304上若干小圆环3041，所述负电荷放电环304以及若干小圆环3041上均设有若干正反向的尖状芒刺3042。

在一具体的实例中，所述喷头主体1内部设有超细滤网102以及金属固定座103，所述超细滤网102用于过滤水源，所述金属固定座103用于安装固定正电荷感应装置2以及负电荷放电装置3。

在具体实现中，本实施例的正荷电感应环位于喷嘴正下方1-2cm处、负电荷放电环位于喷嘴正下方10cm处，正、负电荷放电环与喷嘴处间隔设定不同距离并配合负电荷放电环上的若干小圆环以及正反向的尖状芒刺，使得通过外接同一个电源的正、负电荷放电环最终产生了包含正负电荷的水雾，正负电荷的水雾分别结合烟雾颗粒，从而提高烟雾颗粒团聚效果，以此提高了能见度、透光率。

以下对本实施例的正荷电感应环、负电荷放电环的放电原理进行说明：

参见图2：正荷电感应环放电原理(感应荷电)：在喷头前加上荷电感应环后，感应环带负电时，会诱导喷嘴外表面带正电，喷嘴上的电子被导走；因此，水流过喷嘴后荷正电，使表面张力变小，分裂为更细小的液滴。目的：在施加负电压的情况下，使液滴荷上正电。优点：液滴上由于是正电荷而雾化更加分散、均匀、粒径更细，提高液滴捕捉颗粒几率。

参见图3：负电荷放电环放电原理(电晕荷电)：正荷电感应环的环上有尖端(即芒刺)，在低电压下便会电晕放电，尖端电离空气，使空间充斥负电荷，雾化后的液滴通过这个区域后，液滴带上负电荷。目的：在施加负电压的情况下，液滴与颗粒荷上负电。优点：在低电压情况下，即可达到电晕放电阈值，产生大量电子与负离子，消烟效率越好。

综上所述，本实施例只需通过一个外接负直流高压电源，配合正荷电感应环、负电荷放电环，两种电环分别通过感应荷电以及电晕荷电使得水雾既带有正电、也带有负电，由于正荷电感应环位于喷嘴下方中心处，负电荷放电环在正荷电感应环下方且较大，边缘处的芒刺产生电晕荷电；因此，水雾周向包含较多负电荷，中心水雾包含较多正电荷，起始水雾中的正、负电荷交错并不会过多的中和，从而使得喷嘴喷出后的水雾包含两种电荷，两种电荷的水雾喷出后分别捕获烟雾颗粒，由于异性相吸，从而加快了团聚概率，提高了烟雾消散效率，以此短时间内提高了火灾现场的能见度与透光率。

实施例2

为了实现上述目的，本实施例还提供了一种双极荷电水雾喷头的应用，所述双极荷电水雾喷头用于在消防灭火时提高火灾现场能见度与透光率。

本实施例测量产生的双极荷电水雾喷头对于消除烟雾的实际应用效果。本实施例在一空间内燃烧可燃烟饼，产生细颗烟雾，通过激光器发射激光，在空间另一端使用激光功率计接收通过烟雾的激光强度，每组实验保证初始透光率相同的情况下；经实验结果对比，如图4所示，采用双极荷电水雾对烟雾的消除效果明显比仅有水雾的情况下较好。从图4可以发现，当仅有水雾时，空间内的透光率变化缓慢，仅10％左右，可见单纯水雾对细颗粒烟雾的消除效果较差。相同时间内，4kV荷电达到了45％左右，当电压继续增大过程中，烟雾透光率在短短十几秒时间达到90％以上。如前所述，双极荷电的水雾能够快速消除空间中细颗粒烟雾，表明双极荷电喷头能够快速高效对火灾中烟雾细颗粒烟消除，从而短时间内提高了火灾现场的能见度与透光率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双极荷电水雾喷头，其特征在于，包括喷头主体(1)，所述喷头主体(1)的下部设有喷嘴(101)，所述喷头主体(1)上安装有正电荷感应装置(2)以及负电荷放电装置(3)，所述正电荷感应装置(2)以及负电荷放电装置(3)的放电端分别位于喷嘴(101)下方的不同距离处用于使得喷嘴(101)处的水雾带上正负电荷从而形成双极荷电水雾；

所述正荷电荷电装置(2)包括正电荷感应导线(201)、第一连接三角架(202)、第一绝缘导线(203)、正荷电感应环(204)以及正接线端子(205)，所述喷头主体(1)的左侧上端设有正接线端子(205)，正接线端子(205)与喷头主体(1)内的正电荷感应导线(201)连接并通过第一连接三角架(202)、第一绝缘导线(203)连接正荷电感应环(204)；

所述负电荷放电装置(3)包括负电荷放电导线(301)、第二连接三角架(302)、第二绝缘导线(303)、负电荷放电环(304)以及负接线端子(305)，所述喷头主体(1)的右侧上端设有负接线端子(305)，负接线端子(305)与喷头主体(1)内的负电荷放电导线(301)连接并通过第二连接三角架(302)、第二绝缘导线(303)连接负电荷放电环(304)；

正接线端子、负接线端子外接负直流高压电源。

2.根据权利要求1所述的双极荷电水雾喷头，其特征在于，还包括第一高压绝缘橡胶(206)，所述第一高压绝缘橡胶(206)包裹于正电荷感应导线(201)的四周。

3.根据权利要求2所述的双极荷电水雾喷头，其特征在于，还包括第一外绝缘包层(207)，所述第一外绝缘包层(207)包裹于第一高压绝缘橡胶(206)的四周。

4.根据权利要求1所述的双极荷电水雾喷头，其特征在于，还包括第二高压绝缘橡胶(306)，所述第二高压绝缘橡胶(306)包裹于负电荷放电导线(301)的四周。

5.根据权利要求1所述的双极荷电水雾喷头，其特征在于，还包括第二外绝缘包层(307)，所述第二外绝缘包层(307)包裹于第二高压绝缘橡胶(306)的四周。

6.根据权利要求1所述的双极荷电水雾喷头，其特征在于，所述负电荷放电环(304)上若干小圆环(3041)，所述负电荷放电环(304)以及若干小圆环(3041)上均设有若干多朝向的尖状芒刺(3042)。

7.根据权利要求1所述的双极荷电水雾喷头，其特征在于，所述喷头主体(1)内部设有超细滤网(102)以及金属固定座(103)，所述超细滤网(102)用于过滤水源，所述金属固定座(103)用于安装固定正电荷感应装置(2)以及负电荷放电装置(3)。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的双极荷电水雾喷头的应用，其特征在于，所述双极荷电水雾喷头用于在消防灭火时提高火灾现场能见度与透光率。

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