CN115569322A - 换电柜专用灭火装置及灭火剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灭火剂，所述灭火剂由以下重量份数的材料组成：易分解盐50‑60份；有机化合物：30‑40份；调节剂：1‑15份；所述易分解盐包括金属盐和铵盐；所述易分解盐、有机化合物和调节剂均为过≥50目筛的粉末。还涉及一种换电柜专用灭火装置，包括热引发器和包装，所述包装内设置有灭火剂，所述热引发器的一端位于包装外，一端与包装相连。本发明采用热引发器引发，引发温度低，在起火初期即可引发，响应时间短，灵敏性更高，灭火更加及时。易分解盐和有机化合物粒径较大，可持续分解更上的时间，附着在锂电池上后，可以持续吸收锂电池内部的热量，延长锂电池复燃的时间。

Description

换电柜专用灭火装置及灭火剂

技术领域

本发明属于电气设备灭火技术领域，尤其是一种换电柜专用灭火装置及灭火剂。

背景技术

锂电池灭火难度大，燃烧条件下，锂能够与水和二氧化碳反应，因此不能采用水和二氧化碳进行灭火。锂电池安装在换电柜内，换电柜内部空间狭小，无法实时监控，经常出现救援不及时的情况，造成较大的经济损失。

目前，常用的换电柜灭火器包括气溶胶灭火器以及干粉灭火器，气溶胶灭火器所采用的灭火剂可参照CN201110451501-一种有机材料包覆的灭火组合物，以烟火药剂作为热力源和动力源，起火时，外部的高温点燃烟火药剂，烟火药剂生成气体产生高温高压，将包装灭火剂的材料冲破，使灭火剂喷发至外部空间，灭火剂分解产生固体颗粒以及惰性气体，消耗并隔绝氧气，起到灭火的作用。由于气溶胶灭火器一般是通过烟火药剂引发，引发温度高，一般为400至500摄氏度，难以在起火初期进行灭火，触发灵敏度低；此外，气溶胶灭火器中灭火剂的粒径为微米或纳米级，粒径非常小，制造成本高，如CN201110451501甚至需要利用有机材料包裹金属盐，工艺难度非常高。另外，烟火药剂引发时实质上是进行了小规模的爆炸，对换电柜的冲击力较大，容易导致换电柜损坏，同时导致气溶胶灭火器安装方式复杂，一般需要螺栓进行安装，小空间内操作不便。

干粉灭火器是通过附着在锂电池表面实现灭火，但锂电池内部的高温聚集，容易发生爆炸；此外，干粉会附着在整个换电柜内部设备，难清理，二次损伤严重，事后需要全部更换配件，经济损失较大。

热引发器是干粉灭火器常用的引发装置，灵敏度较大，当外部温度到达170℃左右即可引发干粉灭火器，但由于灭火原理的不同，该热引发器目前并别用于气溶胶灭火器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种换电柜专用灭火装置及灭火剂，可在较低的温度下引发，灵敏度高，且制造成本低，使用方便。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：换电柜专用灭火装置，包括热引发器和包装，所述包装内设置有灭火剂，所述热引发器的一端位于包装外，一端与包装相连；

所述灭火剂由以下重量份数的材料组成：

易分解盐50-60份；有机化合物：30-40份；调节剂：1-15份；

所述易分解盐包括金属盐和铵盐；

所述易分解盐、有机化合物和调节剂均为过≥50目筛的粉末。

进一步地，所述包装包括内层塑料袋以及阻燃壳体，所述热引发器与内层塑料袋相连。

进一步地，所述热引发器为燃点为160至200的可燃烧线。

进一步地，使用时将包装粘接于换电柜内部。

用于上述换电柜专用灭火装置的灭火剂，由以下重量份数的材料组成：

易分解盐50-60份；有机化合物：30-40份；调节剂：1-15份；

所述易分解盐包括金属盐和铵盐；

所述易分解盐、有机化合物和调节剂均为过≥50目筛的粉末。

进一步地，所述金属盐包括硝酸钾、硼酸纳、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、磷酸钾、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、草酸钙、草酸钾、草酸钠、乙酸钙、乙酸钾、乙酸钠中的一种或多种。

进一步地，所述铵盐包括硝酸铵、硼酸铵聚磷酸铵、碳酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、硫酸铵、草酸铵、乙酸铵中的一种或多种。

进一步地，所述有机化合物包括环氧树脂、羟甲基纤维素、淀粉、三聚氰胺、三聚氰胺磷酸钾、尿素、三聚氰胺氰尿酸、多聚磷酸酯、三聚氰胺聚磷酸酯中的一种或多种。

进一步地，所述调节剂包括炭黑、石墨、硫磺、硼酸铵、硼砂、氧化铁中的一种或多种。

进一步地，采用以下方法制备：

将易分解盐、有机化合物和调节剂分别进行烘干；

将易分解盐、有机化合物和调节剂分别进行破碎并过50目以上的筛；

按重量份数称取过筛后易分解盐、有机化合物和调节剂，并将易分解盐、有机化合物和调节剂混合均匀。

本发明的有益效果是：本发明的灭火装置采用热引发器引发，起火后，当温度达到170摄氏度左右即可引发，引发温度低，可以在起火初期引发，从而及时灭火，提高灵敏度。此外，引发时不会对换电柜造成冲击，防止换电柜损坏。由于本发明降低了引发温度，无需担心易分解盐提前分解。引发后，有机化合物燃烧，产生的气体带动易分解盐喷至换电柜内，易分解盐分解吸收热量，降低换电柜内部的温度，防止热量在锂电池中聚集，同时，生成的固体颗粒以及惰性气体覆盖到锂电池表面，隔绝氧气，起到阻燃的作用。此外，传统气溶胶灭火器所采用的灭火剂颗粒小，是为了保证充分反应，但是粒径越小，反应持续时间越短，因此，灭火持续时间短。本发明中，灭火剂采用目数≥50目的筛分装置筛选，粒径相对较大，生产难度非常低，常规的破碎装置就能够满足生产要求，因此生产成本低。此外，易分解盐和有机化合物的粒径较大时，可以持续反应更长的时间，从而延长阻燃时间，经过测试，本发明的灭火剂可以保证锂电池在15分钟内不会复燃。

附图说明

图1是本发明换电柜专用灭火装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的换电柜专用灭火装置，如图1所示，换电柜专用灭火装置，包括热引发器1和包装2，所述包装2内设置有灭火剂3，所述热引发器1的一端位于包装2外，一端与包装2相连。

包装2具体包括内层塑料袋21以及阻燃壳体22，所述热引发器1与内层塑料袋21相连。灭火剂3置于内层塑料袋21中，由于内层塑料袋21易燃烧，因此，在外部还设置了一阻燃壳体22，阻燃壳体22可以采用目前常用的阻燃材质，如阻燃聚丙烯等。

热引发器1用于引发灭火剂3，其原理为：气候后温度升高，当温度达到热引发器1的引发温度后，热引发器1即可燃烧，从而引发灭火剂3。热引发器1具体可以采用燃点为160至200摄氏度的可燃烧线，可燃烧线具有适当的长度，可以是一根或者多根，一端位于易起火的位置，另一端穿过包装2并接触到灭火剂3。当换电柜内的温度达到160至200摄氏度时，热引发器1开始燃烧，当热引发器1燃烧至灭火剂3时，即可引发灭火剂3。

本发明所采用的灭火剂3由以下重量份数的材料组成：

易分解盐50-60份；有机化合物：30-40份；调节剂：1-15份。

其中，易分解盐分解时吸热，减少热量聚集，且分解的固体颗粒覆盖在锂电池上，起到阻燃的作用。易分解盐包括金属盐和铵盐。金属盐则包括硝酸钾、硼酸纳、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、磷酸钾、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、草酸钙、草酸钾、草酸钠、乙酸钙、乙酸钾、乙酸钠中的一种或多种。而铵盐包括硝酸铵、硼酸铵、聚磷酸铵、碳酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、硫酸铵、草酸铵、乙酸铵中的一种或多种。

目前，气溶胶灭火剂常用的盐类一般为金属盐，如钾盐、钠盐、锰盐等，分解后产生大量的固体颗粒以及部分气体，对锂电池进行覆盖。本发明在采用金属盐的同时还采用铵盐，金属盐分别产生大量的固体颗粒以及部分气体，铵盐分解时不产生固体颗粒，只会产生大量的气体(氮气、水蒸汽、氨气等)，气体可以将换电柜内的空气挤出换电柜，防止外界的空气进入换电柜，从而隔绝氧气，增强阻燃效果。同时，金属盐和铵盐分解时都会吸收大量的热，从而吸收锂电池内部的热量，防止锂电池内部温度聚集而导致爆炸。

有机化合物能够在更低的温度下分解，在易分解盐之前分解，分解放热，升高温度，从而促使易分解盐分解。此外，有机化合物分解时产生气体，使包装2内的压力增大，从而推动易分解盐从包装2中喷出，易分解盐即可覆盖到锂电池表面并分解阻燃。有机化合物具体包括环氧树脂、羟甲基纤维素、淀粉、三聚氰胺、三聚氰胺磷酸钾、尿素、三聚氰胺氰尿酸、多聚磷酸酯、三聚氰胺聚磷酸酯中的一种或多种。

调节剂起到控制药剂的反应速率、降低反应温度的作用，具体采用炭黑、石墨、硫磺、硼砂、氧化铁中的一种或多种。

目前，市面上传统的锂电池灭火剂如气溶胶灭火剂等均是采用超细的粉末，采用超细粉末是为了当灭火装置激发后，更多的灭火剂粉末能够快速参与反应，粉末越细，分散得越开，同时参与反应的粉末就越多，从而灭火效率高，即是为了保证灭火效果。但存在破碎难度大，生产效率低，并且灭火剂持续分解的时间较短，因此难以对锂电池进行长时间阻燃。本发明中，易分解盐、有机化合物和调节剂均为过≥50目筛的粉末。本发明可以采用常规的破碎装置对原料进行破碎，然后采用常规的筛分装置进行筛分，无需制备超细粉末，生产难度降低，效率得到提高，生产成本降低。此外，由于易分解盐、有机化合物和调节剂的粒径大于气溶胶灭火剂的粒径，分解持续时间长，阻燃更加持久。另外，经过试验，本发明虽然采用大颗粒的灭火剂，但是灭火速率也能够满足要求，因为本发明能够在起火后更短的时间内引发灭火装置，灭火更加及时，在温度上升到过高之前就能够灭火。因此，本发明采用将热引发器1和大颗粒灭火剂相结合的手段，起到了灭火更加及时、灭火效果较佳、阻燃持续时间长、生产成本降低的效果。

上述灭火剂采用以下方法制备：

将易分解盐、有机化合物和调节剂分别进行烘干。

将易分解盐、有机化合物和调节剂分别进行破碎并过50目以上的筛，筛分设备具体可以是50至200目。

按重量份数称取过筛后易分解盐、有机化合物和调节剂，并将易分解盐、有机化合物和调节剂混合均匀，然后分装。

在安装本换电柜专用灭火装置时，将包装2粘接于换电柜内部即可，无需通过螺栓等进行固定，操作非常方便快捷。具体地，阻燃壳体22一侧面粘贴在换电柜内壁，另一侧面设置多个喷发孔，以供灭火剂喷发至换电柜中。

综上，本发明具有以下优点：

1、采用热引发器1引发，引发温度不到200摄氏度，在起火初期即可引发，响应时间短，灵敏性更高，灭火更加及时。

2、引发时不会产生较大的冲击，不会对换电柜造成破坏。

3、引发后灭火剂产生更多的气体，可快速排空氧气，阻燃效果更加。

4、易分解盐和有机化合物粒径较大，生产工艺简单，生产成本低。

5、易分解盐和有机化合物粒径较大，可持续分解更上的时间，附着在锂电池上后，可以持续吸收锂电池内部的热量，延长锂电池复燃的时间。

实施例一

金属盐采用磷酸二氢钠、硝酸钾和硼酸纳，铵盐采用乙酸铵和硝酸铵，有机化合物采用环氧树脂和羟甲基纤维素，调节剂采用石墨、硫磺和氧化铁，原材料分别经过破碎后过150目筛，金属盐、铵盐、有机化合物和调节剂按照35:20:40:5的重量比混合，最后包装。

实施例二

金属盐采用草酸钾、碳酸钠、磷酸二氢钾，铵盐采用碳酸铵、磷酸一氢铵，有机化合物采用三聚氰胺氰尿酸、三聚氰胺磷酸钾，调节剂采用炭黑、硫磺和氧化铁，原材料分别经过破碎后过120目筛，金属盐、铵盐、有机化合物和调节剂按照35:20:40:5的重量比混合，最后包装。

实施例三

金属盐采用碳酸氢钠、乙酸钙、磷酸一氢钾，铵盐采用草酸铵、硼酸铵，有机化合物采用尿素、多聚磷酸酯，调节剂采用炭黑、硼砂和氧化铁，原材料分别经过破碎后过150目筛，金属盐、铵盐、有机化合物和调节剂按照30:30:35:5的重量比混合，最后包装。

实施例四

金属盐采用磷酸钠、乙酸钾、碳酸钾，铵盐采用聚磷酸铵、磷酸二氢铵，有机化合物采用三聚氰胺聚磷酸酯、淀粉，调节剂采用炭黑、石墨、硼砂和氧化铁，原材料分别经过破碎后过150目筛，金属盐、铵盐、有机化合物和调节剂按照30:30:35:5的重量比混合，最后包装。

实施例五

金属盐采用磷酸一氢钠、草酸钙、磷酸钾，铵盐采用硫酸铵、磷酸铵，有机化合物采用淀粉、三聚氰胺，调节剂采用炭黑、石墨、硼砂和氧化铁，原材料分别经过破碎后过150目筛，金属盐、铵盐、有机化合物和调节剂按照30:30:35:5的重量比混合，最后包装。

实施例六

金属盐采用草酸钠、碳酸氢钾、乙酸钠，铵盐采用硝酸铵、碳酸铵，有机化合物采用三聚氰胺磷酸钾、尿素，调节剂采用炭黑、石墨、硼砂和氧化铁，原材料分别经过破碎后过150目筛，金属盐、铵盐、有机化合物和调节剂按照30:30:35:5的重量比混合，最后包装。

性能测试：

1、高温测试

环境温度20至25摄氏度；相对湿度50至55％；大气压100至101kPa；

测试依据：GB/T 2423.2-2008；

试验温度：70±2℃；

温变速率：1℃/min；

持续时间：4h；

测试完立即进行灭火性能试验。

2、低温测试

测试依据：GB/T 2423.1-2008；

试验温度：-30±2℃；

温变速率：1℃/min；

持续时间：4h；

测试完立即进行灭火性能试验。

3、湿热测试

测试依据：GB/T 2423.3-2016；

试验温度：40±2℃；

温变速率：1℃/min；

持续时间：24h；

测试完立即进行灭火性能试验。

4、跌落测试

测试依据：GB/T 2423.7-2018；

跌落高度：1.5m；

跌落部位：将灭火装置以水平和垂直状态(背面朝下)，从1.5m的高度，自由跌落在坚硬的水泥地面上各一次；

测试后检查外观是否破损，并进行灭火性能试验。

5、灭火性能测试

试验时环境温度保持在20±5摄氏度，将灭火装置紧贴在规格体积为0.05m³的长方形箱体内部背板位置，灭火装置距离箱体底部25±5cm，距离左边箱壁12.5±1cm，然后分别将两个燃料罐置于试验空间底部位置，左右距箱壁各50±10mm，距离后端箱壁20±5mm，向燃料罐内分别加入30±5ml的燃料，点燃起火装置并关闭试验箱门，透过箱体预留的观察孔观察灭火情况，利用秒表记录灭火装置的响应时间、灭火时间。

实施例一和六的灭火装置经过高温测试后立即进行灭火性能测试，实施例二和四的灭火装置经过低温测试后立即进行灭火性能测试，实施例三的灭火装置经过湿热测试后立即进行灭火性能测试，实施例五的灭火装置经过跌落测试后立即进行灭火性能测试，试验结果如下表所示：

根据相关要求，响应时间应当≤15s，灭火时间≤15s，灭火器喷射结束30s后不应有燃烧现象，灭火器喷射结束后持续抑制10min，打开试验箱进行通风，燃料罐内应无复燃现象。

根据试验结果可知，实施例一至六的灭火装置均满足要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.换电柜专用灭火装置，其特征在于：包括热引发器(1)和包装(2)，所述包装(2)内设置有灭火剂(3)，所述热引发器(1)的一端位于包装(2)外，一端与包装(2)相连；

所述灭火剂(3)由以下重量份数的材料组成：

易分解盐50-60份；有机化合物：30-40份；调节剂：1-15份；

所述易分解盐包括金属盐和铵盐；

所述易分解盐、有机化合物和调节剂均为过≥50目筛的粉末。

2.如权利要求1所述的换电柜专用灭火装置，其特征在于：所述包装(2)包括内层塑料袋(21)以及阻燃壳体(22)，所述热引发器(1)与内层塑料袋(21)相连。

3.如权利要求1所述的换电柜专用灭火装置，其特征在于：所述热引发器(1)为燃点为160至200的可燃烧线。

4.如权利要求1所述的换电柜专用灭火装置，其特征在于：使用时将包装(2)粘接于换电柜内部。

5.用于权利要求1至4所述换电柜专用灭火装置的灭火剂，其特征在于，由以下重量份数的材料组成：

易分解盐50-60份；有机化合物：30-40份；调节剂：1-15份；

所述易分解盐包括金属盐和铵盐；

所述易分解盐、有机化合物和调节剂均为过≥50目筛的粉末。

6.如权利要求5所述的灭火剂，其特征在于，所述金属盐包括硝酸钾、硼酸纳、碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、磷酸钾、磷酸一氢钠、磷酸二氢钠、磷酸钠、草酸钙、草酸钾、草酸钠、乙酸钙、乙酸钾、乙酸钠中的一种或多种。

7.如权利要求5所述的灭火剂，其特征在于，所述铵盐包括硝酸铵、硼酸铵、聚磷酸铵、碳酸铵、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵、磷酸铵、硫酸铵、草酸铵、乙酸铵中的一种或多种。

8.如权利要求5所述的灭火剂，其特征在于，所述有机化合物包括环氧树脂、羟甲基纤维素、淀粉、三聚氰胺、三聚氰胺磷酸钾、尿素、三聚氰胺氰尿酸、多聚磷酸酯、三聚氰胺聚磷酸酯中的一种或多种。

9.如权利要求5所述的灭火剂，其特征在于，所述调节剂包括炭黑、石墨、硫磺、硼砂、氧化铁中的一种或多种。

10.如权利要求5所述的灭火剂，其特征在于，采用以下方法制备：

将易分解盐、有机化合物和调节剂分别进行烘干；

将易分解盐、有机化合物和调节剂分别进行破碎并过50目以上的筛；

按重量份数称取过筛后易分解盐、有机化合物和调节剂，并将易分解盐、有机化合物和调节剂混合均匀。

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