CN208081691U - 一种以液氮为喷射动力的多功能消防车及混合喷射炮 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种以液氮为喷射动力的多功能消防车，包括车体、液氮储罐、液氮输送管路、气化装置、若干电动阀门、液氮喷射枪、供水接头、混合喷射炮。液氮与水在消防炮管内混合，液氮快速吸收水的热量而急剧气化，其体积扩大数百倍，产生很大推力，将大流量的水或水系灭火剂以雾化流体形态高速射出，实现远射程喷射，雾化流体扩大了灭火剂与火焰的接触面积，大幅提高了灭火救援效率。

Description

一种以液氮为喷射动力的多功能消防车及混合喷射炮

技术领域

本实用新型涉及一种消防技术，特别是一种以液氮为喷射动力的多功能消防车。

背景技术

国标GB20128-2006《惰性气体灭火剂》中，将氮气列入惰性气体灭火剂序列中。大气中氮气的含量占78％。工业制取高纯度氧气的方法是将空气液化，将氧分馏后剩余大量液氮，这些液氮进入市场，用于快速制冷等多种场所，也可用于消防灭火，液氮售价便宜，供应充足。

液氮还是一种通过相变来实现能量转换的物质。常压下液氮在-195.8℃时沸腾气化，1kg液氮气化时可生成800多升纯净氮气，同时吸收198kj的汽化潜热。当液氮与水在消防炮管内混合时，液氮快速吸收水的热量而急剧气化，其体积迅速增大数百倍，在管路内产生很大推力，此现象相当于“发射药被点燃”，可推动大流量的“气-水”混合流体高速射出，其出口处的射速远大于常规消防车水射流的出口射速，可将大流量的水或水系灭火剂喷射为细水雾或超细水雾射流。这种“气-水”混合流体不仅扩大了灭火剂与火焰的接触面积，也扩大了洗消剂与有毒气体的接触面积，克服了常规消防车射出的水射流很快坠落地上流失掉的缺点，而且这种“气-水”混合流体具有比常规消防车射出的水雾射流有更远的射程、更大的穿入火焰中的动能，可大幅度提高灭火救援效率，由此可以研发出一种以液氮为喷射动力的消防车。

实用新型专利03133926.3描述了一种液氮消防车及喷射枪，由汽车变速箱带动液氮泵将液氮贮罐中存储的液氮加压，再输入喷射枪中射出灭火。该专利未涉及利用液氮与水混合时产生相变推动混合流体高速喷射的技术问题。

实用新型专利201710225285.2描述了一种液氮动力消防炮，该专利描述了将进入消防炮内的液氮首先吸热气化生成氮气，产生出超音速氮气流体，再与进入消防炮中的水流体发生撞击生成混合流体。未涉及液氮与水混合产生相变瞬间释放出很大压力能的问题，也未提出液氮在消防炮内气化时其体积急剧增大而产生“气塞”问题的解决方案。

实用新型专利200910035880.5、201210517766.8等，均描述了利用高速气体射流与水或泡沫灭火液撞击产生出细水雾或泡沫珠的技术方案。也未涉及液氮与水流体混合时，液氮瞬间发生相变释放出很大压力能与水流体的相互作用的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种以液氮为喷射动力的多功能消防车，该消防车可以持久性存储液氮，利用液氮与水混合时吸热相变产生的很大动能，将水、水系灭火剂或洗消剂喷射为雾化态的高射速混合流体，太幅度提高灭火救援效率。

实现本实用新型目的的技术方案为：一种以液氮为喷射动力的多功能消防车，包括车体、液氮储罐、液氮输送管路、气化装置、若干电动阀门、供水接头、液氮喷射枪、混合喷射炮。液氮储罐设置于车体上；液氮输送管路至少设置三路，且第一路液氮输送管路从液氮储罐底部引出穿过气化装置后接入液氮储罐顶部，第二路液氮输送管路从液氮储罐底部引出后分别接入液氮喷射枪的输入端和混合喷射炮的第一输入端，第三路液氮输送管路连接安全阀门4、定值泄压阀门10，外部液氮输入至液氮储罐2时也经过第三路液氮输送管路；混合喷射炮包括第一输入端、第二输入端、液氮喷嘴、喷射管，炮的内腔通道按照气液混合体的流动方向分为相连的收缩段、扩散段、增速段，收缩段内径逐步缩小，扩散段内径随“气-液”混合体的流动方向逐步增大，增速段内径与扩散段中的最大内径相同且随流动方向保持内径不变，液氮喷嘴与第一输入端连接且位于收缩段内，且位于收缩段(8-1)内的中线位置上，其出口与收缩段(8-1)的出口在同一平面上；第二输入端连接收缩段其另一端连接供水接头；电动阀门分布于液氮输送管路和供水接头的管路上。

一种混合喷射炮，包括第一输入端、第二输入端、液氮喷嘴、喷射管，喷射管内腔按照“气-液”混合体的流动方向分为相连的收缩段、扩散段、增速段；收缩段内径逐步缩小，扩散段内径随“气-液”混合体的流动方向逐渐增大，增速段的内径与扩散段中的最大内径相同且随流动方向保持内径不变，液氮喷嘴与第一输入端连接且位于收缩段内的中线位置上，其出口与收缩段的出口在同一平面上，第二输入端的一端连接收缩段另一端连接供水接头。

采用上述消防车，气化装置包括气化管、若干散热翅片；气化管与第一路液氮输送管路连接，散热翅片沿气化管径向设置于气化管外壁上。

采用上述消防车，液氮储罐包括液氮储罐外壳、液氮储罐内胆；液氮储罐内胆设置于液氮储罐外壳内且两者之间设置间隙，间隙内干燥且抽真空至0.001～0.005Pa，液氮储罐内胆的外表面分层缠绕氧化锆箔层绝热材料。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：(1)本实用新型中采用液氮与水、水系灭火剂、化学洗消剂在混合喷射炮中实施快速混合的方法，利用液氮气化相变时体积扩大数百倍，产生的很大推力，将水、水系灭火剂或化学洗消剂喷射为高射速大流量的雾化流体，实现远射程喷射，大幅度提高消防灭火和应急救援效率，显著降低水的消耗量；(2)本实用新型中液氮在气化装置中吸热气化对液氮储罐液氮实施升压，在执行消防救援任务时，通过引出少量液氮在气化装置中吸热气化压力增大，将液氮储罐内的压力升高至1.2～1.6MPa，持续稳定地向消防枪、炮中提供此压力下的液氮；(3)液氮储罐内的氧化锆箔有极低的导热系数(1.01×10^-4W/m·K)，氧化锆箔对紫外长波、中波及红外线反射率高达85％以上，其隔热性能优于常规选用的不具有热反射性能的超细玻璃丝棉绝热材料；对装配后的外壳与内胆间的夹层进行充分干燥，除去水份，再抽至高真空状态，利用高真空状态阻断罐体内外的热对流交换，在自然条件下，液氮储罐内的液氮年损耗率低于总储量的1/4，实现了消防车上液氮的长久性存储。

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为液氮消防车总体结构示意图。

图2为液氮储罐结构示意图。

图3为液氮气化装置的示意图，其中(a)为侧视图，(b)为(a)的A-A剖视图。

图4为混合喷射炮的剖面示意图。

其中，车体1、液氮储罐2、液氮储罐外壳2-1、液氮储罐内胆2-2、绝热材料2-3、折叠臂架3、安全阀门4、液位计5、压力传感器6、臂架转盘7、混合喷射炮8、收缩段8-1、扩散段8-2、增速段8-3、液氮喷嘴8-4、液氮输送管路9、定值泄压阀门10、输水管路11、供水接头12、液氮喷射枪13、电动阀门14-1、电动阀门14-2、电动阀门14-3、电动阀门14-4、气化装置15、气化管15-1、散热翅片15-2。

具体实施方式

结合图1，一种以液氮为喷射动力的多功能消防车，包括车体1、液氮储罐2、液氮输送管路9、气化装置15、臂架转盘7、折叠臂架3、输水管路11、供水接头12、混合喷射炮8、液氮喷射枪13、若干电动阀门。

结合图2，液氮储罐2设置于车体上。液氮储罐2包括钢质液氮储罐外壳2-1、液氮储罐内胆2-2和绝热材料2-3。液氮储罐内胆2-2为钢制内胆，液氮储罐内胆2-2设置于液氮储罐外壳2-1内且两者之间设置间隙，绝热材料2-3缠绕于液氮储罐内胆2-2外表面上。液氮储罐2在制作时，首先在钢质内胆2-2的外表面上缠绕氧化锆箔层绝热材料2-3，氧化锆箔有极低的导热系数(1.01×10^-4W/m·K)，对紫外长波、中波及红外线反射率高达85％以上，其隔热性能优于不具有热反射性能的玻璃棉，对装配后的外壳2-1与内胆2-2间的夹层进行充分干燥，除去水份，抽真空至0.001～0.005Pa，利用高真空状态阻断罐体内外的热对流交换；利用氧化锆铝箔有极好的绝热和热反射性能阻断罐体内外的热辐射交换，使该罐体成为一种有极好绝热性能的深冷液氮储罐。

结合图2，液氮储罐2上设置有与液氮储罐2内部连通的安全阀门4、液位计5、压力传感器6、定值泄压阀门10、液氮输送管路9。

安全阀门4设置于液氮储罐2的上方，用于在液氮储罐2内气压过高时释放罐内压力，使得罐内压力值维持在1.2～1.6MPa之间。

液位计5设置于液氮储罐2的中上部，用于显示液氮储罐2内的液氮余量。

压力传感器6设置于液氮储罐2的上方，用于测量液氮储罐2内气压。

定值泄压阀门10设置于液氮储罐2上方，用于保持罐内液氮压力不大于0.8MPa，当罐内压力大于此值时，定值卸压阀门打开释放罐内一部分深冷氮气，降低罐内压力，实现液氮的持久性深冷存储。

液氮输送管路9设置了三路：

(1)第一路液氮输送管路从液氮储罐2底部引出连接气化装置15后接入液氮储罐2顶部；

(2)第二路液氮输送管路从液氮储罐2引出后分别接入液氮喷射枪13的输入端和混合喷射炮8的第一输入端；

(3)第三路液氮输送管路连接安全阀门4、定值泄压阀门10。

结合图3，气化装置15包括气化管15-1、若干散热翅片15-2。气化管15-1的两端分别与第一路液氮输送管路的两端无缝连接形成一通路，散热翅片15-2沿气化管15-1径向设置于气化管15-1外壁上。散热翅片15-2增加了表面积，使得吸热更为迅速。

结合图1，臂架转盘7设置于车体1上，折叠臂架3在外部动力的驱动下在臂架转盘7水平面上转动。

结合图1，折叠臂架3的主体位于液氮储罐2的上方。折叠臂架3包括若干相互连接的折叠臂，折叠臂在不使用时折叠以减少空间的占用，在使用时折叠臂展开伸长，使其前端达到一定高度。

结合图1，输水管路11一端与供水接头12连接，供水接头12与外部的水罐消防车连接。水罐消防车输入压力为0.8～1.0MPa的纯净水，或添加有3％的F-500、1～3％的法安德2000的水系灭火剂，或添加有6％水成膜泡沫灭火剂、1％的A类泡沫灭火剂的预混水，或溶解有化学洗消药剂的水。

结合图4，混合喷射炮8设置于折叠臂架3的前端，可随折叠臂架3在三维空间内进行水平旋转和俯仰喷射，可很好地接近和对准火源。混合喷射炮8包括第一输入端、第二输入端、液氮喷嘴8-4、喷射管，喷射管内腔按照“气-液”混合体的流动方向分为相连的收缩段8-1、扩散段8-2、增速段8-3，收缩段8-1内径最小，扩散段8-2内径随气液混合体的流动方向增大，增速段8-3内径与扩散段8-2的最大内径相同，液氮喷嘴8-4与第一输入端连接且位于收缩段8-1内的中心线上；第二输入端一端连接收缩段8-1，另一端连接供水接头12。

本实用新型液氮与水混合产生“气-水”混合流体的方法是通过下述程序实施的：来自供水接头12的0.8～1.0MPa的压力水、水系灭火剂或化学洗消剂进入混合喷射炮8中，在混合喷射炮8内流经收缩段8-1、膨胀段8-2，从增速段8-3中射出；来自液氮储罐2的压力为1.2～1.6MPa的液氮，经液氮喷嘴8-4在混合喷射炮8的收缩段8-1内射入水、水系灭火剂或化学洗消剂流体中；高射速的液氮射流与水流体撞击时液氮射流破裂，在水流体中生成无数液氮珠，液氮珠吸收水的热量急剧气化膨胀，在扩散段8-2内体积增大，流速加快；“气-水”混合流体进入增速段8-3后，在混合喷射炮8内外压差作用下压缩氮气继续膨胀，混合流体获得再次增速，在混合喷射炮8的出口处氮气的压力降至和外界大气压相等，此时水、水系灭火剂或化学洗消剂获得压缩氮气充分膨胀的能量，以雾化流体形态从混合喷射炮8中高速射出，获得很高射速。例如，当选择水流量为60L/s的混合喷射炮时，电动阀门14-4控制液氮的流量为3kg/s，混合喷射炮8高速射出平均粒径在200μm左右的超细水雾射流，其出口处的射速可达80～100m/s，这一超细水雾射流用于建筑物火灾扑救时的快速驱烟降温，抑制爆燃爆轰，为受困人员开辟逃生通道；当电动阀门14-4控制液氮的流量为2kg/s时，混合喷射炮8高速射出平均粒径在400～500μm左右的水系灭火剂雾状射流，其出口处的射速可达60～80m/s，用于快速灭火。改变液氮的流量，可实现混合喷射炮8喷射出的水雾粒径的快速转换。

结合图1，在车体1的两侧各配罝有一支液氮喷射枪13，液氮喷射枪13的进口端通过50～80m长的第二路液氮输送管路与液氮储罐2连接。液氮喷射枪13通过与液氮储罐2连接。液氮喷射枪13喷射液氮用于扑灭不得用水灭火的火灾。

电动阀门分布于液氮输送管路9和供水接头12的管路上，具体为：

(1)设置于第一路液氮输送管路上的第一电动阀门14-1；

(2)设置于液氮喷射枪13处液氮输送管路上的第二电动阀门14-2；

(3)设置于供水接头12的管路上的第三电动阀门14-3；

(4)设置于混合喷射炮8处液氮输送管路上的第四电动阀门14-4；

其中，第一电动阀门14-1在压力传感器6的控制下控制进入液氮气化装置15中的液氮流量；第二电动阀门14-2控制液氮从液氮喷射枪13喷射的流量在1～4kg/s之间；第三电动阀门14-3控制来自外部的压力在0.8～1.0MPa内的水、水系灭火剂或化学洗消剂；第四电动阀门14-4控制进入混合喷射炮8的液氮的流量，使得液氮与水的混合比为1：20～40。

在常压下，液氮温度为－196℃；21℃时，1L液氮可以生成696L的纯净氮气。本实用新型正是利用了液氮相变时体积迅速增大的特性实施无泵升压输出的方法，具体为：关闭定值泄压阀门10，打开电动阀门14-1，从液氮储罐2底部经第一路液氮输送管路9引出的一部分液氮，在位差重力作用下液氮经电动阀门14-1进入气化装置15中，液氮吸收外界热量快速气化成为氮气，因其体积增大，使气化装置15内的压力升高，氮气通过液氮输送管路9从罐顶进入罐体中对罐内液氮实施增压，压力传感器6通过电动阀门14-1控制进入液氮气化装置15中的液氮流量，保持罐内压力值维持在1.2～1.6MPa之间。当罐内压力值高于1.6MPa时安全阀门4打开释压，保持罐内压力值稳定，此时压力传感器6通过电动阀门14-1降低进入液氮气化装置15中的液氮流量或关闭电动阀门14-1，恢复罐内压力。打开输出液氮的电动阀门14-2时，罐内液氮以1.2～1.6MPa的压力向罐外输出。电动阀门14-2控制液氮的流量在1～4kg/s之间，可按需要调节。

实施例1

如图1所示，根据本实用新型制作的液氮为喷射动力的消防车，由车体1、液氮储罐2、折叠臂架3、安全阀门4、液位计5、压力传感器6、臂架转盘7、混合喷射炮8、液氮输送管路9、定值泄压阀门10、输水管路11、供水接头12、液氮喷射枪13、电动阀门14-1、电动阀门14-2、电动阀门14-3、气化装置15组成,其特征在于,所述液氮储罐2安装在车体1上，在液氮储罐2的前方安装有臂架转盘7和折叠壁架3，在臂架转盘7的下方设置有供水接头12，在折叠壁架3的上端安装有混合喷射炮8，在所述的混合喷射炮8中，其液氮喷嘴8-4通过液氮输送管路9、电动阀门14-2与液氮储罐2相连；混合喷射炮8的进水端通过输水管路11、电动阀门14-3与供水接头12相连，打开电动阀门14-2和电动阀门14-3，来自液氮储罐2的压力为1.2～1.6MPa液氮，和来自外接水罐消防车的压力为0.8～1.0MPa的压力水或水系灭火剂，进入混合喷射炮8内，生成“气-水”混合流体以60～80m/s的速度射出，展开和转动折叠臂架3，使混合喷射炮8对准火源，快速喷射水或水系灭火剂的雾状射流扑灭大火。

以扑灭石化工厂火灾为例,对实施方式作更进一步说明。以液氮为喷射动力的消防车在水罐消防车支援下，当其折叠臂架3完全张开时，混合喷射炮8的位置可达高度32米，或沿水平前方向将混合喷射炮8伸展到接近火源的适当位置，打开电动阀门14-3和电动阀门14-4，由供水接头12经供水管路11输入的添加有3％F-500灭火剂的水进入混合喷射炮8内；由电动阀门14-4经液氮输送管路9输入的液氮进入混合喷射炮8中的液氮喷嘴8-4内，液氮与添加有3％F-500灭火剂的水在混合喷射炮8内混合后以雾状流体高速射出，喷射出添加有3％F-500灭火剂的细水雾灭火，F-500灭火剂有极好的快速降温能力，并且具有结合水分子包裹可燃性液体分子阻止其燃烧的能力，迫使火焰快速熄灭。

实施例2

以扑灭服装仓库的火灾为例,如图1所示，根据本实用新型制作的液氮为喷射动力的消防车，在其液氮储罐2的出口管路上通过电动阀门14-2和液氮输送管路9连接有液氮喷射枪13，液氮输送管路9长度为80m，拉出液氮喷射枪13，关闭服装仓库的所有门窗，当打开电动阀门14-2，由戴有正压呼吸器的消防人员手持液氮喷射枪13进入仓库内，或从门缝中向仓库内喷射液氮灭火剂，当仓库内空气中的氧含量降至10％以下时，仓库内的明火、隐燃火全部熄灭。载有5t液氮的消防车可扑灭容积不大于4000m³的服装仓库内的火灾。

实施例3

以处置运输液氯的载车在公路上与其它车辆踫撞而发生液氯泄漏事故为例,泄漏出的液氯生成黄绿色的氯气，常温下氯气的密度为3.21kg/m³，贴近地面随风向下游扩散。根据本实用新型制作的液氮为喷射动力的消防车，在水罐消防车支援下在上风或侧风方向距离液氯泄漏位置约30～40m处占位，将折叠臂架3张开，其混合喷射炮8前伸至对向液氯泄漏位置，打开电动阀门14-3和电动阀门14-4，由供水接头12经供水管路11输入的溶解有碳酸钠的洗消液进入混合喷射炮8内；由电动阀门14-4经液氮输送管路9输入的液氮进入混合喷射炮8中的液氮喷嘴8-4内，液氮与溶解有碳酸钠的洗消液在混合喷射炮8内混合后以雾状流体高速射出，与泄漏中的氯气掺混，碳酸钠与氯气反应生成氯化纳释放出二氧化碳，细水雾吸收氯气生成次氯酸坠落地上，使泄漏出的氯气得到稀释。

Claims (9)

1.一种以液氮为喷射动力的多功能消防车，其特征在于，包括车体(1)、液氮储罐(2)、液氮输送管路(9)、气化装置(15)、若干电动阀门、供水接头(12)、液氮喷射枪(13)、混合喷射炮(8)；其中

液氮储罐(2)设置于车体(1)上；

液氮输送管路(9)至少设置两路，且

第一路液氮输送管路从液氮储罐(2)底部引出连接气化装置(15)后接入液氮储罐(2)顶部，

第二路液氮输送管路从液氮储罐(2)引出后分别接入液氮喷射枪(13)的输入端和混合喷射炮(8)的第一输入端；

混合喷射炮(8)包括第一输入端、第二输入端、液氮喷嘴(8-4)、喷射管，

喷射管内腔按照“气-液”混合体的流动方向分为相连的收缩段(8-1)、扩散段(8-2)、增速段(8-3)，

收缩段(8-1)内径逐步缩小，扩散段(8-2)内径随“气-液”混合体的流动方向逐渐增大，增速段(8-3)的内径与扩散段(8-2)中的最大内径相同，随流动方向保持内径不变，

液氮喷嘴(8-4)与第一输入端连接且位于收缩段(8-1)内的中线位置上，其出口与收缩段(8-1)的出口在同一平面上，

第二输入端的一端连接收缩段(8-1)另一端连接供水接头(12)；

电动阀门位于液氮输送管路(9)和供水接头(12)的管路上。

2.根据权利要求1所述的消防车，其特征在于，气化装置(15)包括气化管(15-1)、若干散热翅片(15-2)；其中

气化管(15-1)的进口与第一路液氮输送管路(9)连接，其出口通过液氮输送管路(9)与液氮储罐(2)顶部相通；

散热翅片(15-2)沿气化管(15-1)径向设置于气化管(15-1)外壁上。

3.根据权利要求1所述的消防车，其特征在于，电动阀门包括设置于混合喷射炮(8)处的液氮输送管路上的第四电动阀门(14-4)，通过第四电动阀门(14-4)控制液氮与水的混合比为1：20～40。

4.根据权利要求1所述的消防车，其特征在于，液氮储罐(2)包括液氮储罐外壳(2-1)、液氮储罐内胆(2-2)；其中

液氮储罐内胆(2-2)设置于液氮储罐外壳(2-1)内且两者之间设置间隙，

间隙内干燥且抽真空至0.001～0.005Pa，

液氮储罐内胆(2-2)外表面分层缠绕氧化锆箔层绝热材料(2-3)。

5.根据权利要求1所述的消防车，其特征在于，该消防车还包括折叠臂架(3)和臂架转盘(7)；其中

所述混合喷射炮(8)设置于折叠臂架(3)端头上，

臂架转盘(7)与折叠臂架(3)连接且在外部驱动装置的驱动下折叠臂架(3)可作360°旋转。

6.根据权利要求1所述的消防车，其特征在于，液氮储罐(2)上设置压力传感器(6)。

7.根据权利要求1所述的消防车，其特征在于，该消防车还包括设置于第三路液氮输送管路上的定值泄压阀门(10)。

8.根据权利要求3所述的消防车，其特征在于，电动阀门还包括

设置于第一路液氮输送管路上的第一电动阀门(14-1)，

设置于液氮喷射枪(13)处液氮输送管路上的第二电动阀门(14-2)，

设置于供水接头(12)的管路上的第三电动阀门(14-3)。

9.一种混合喷射炮，其特征在于，包括第一输入端、第二输入端、液氮喷嘴(8-4)、喷射管，喷射管内腔按照“气-液”混合体的流动方向分为相连的收缩段(8-1)、扩散段(8-2)、增速段(8-3)；

收缩段(8-1)内径逐步缩小，

扩散段(8-2)内径随“气-液”混合体的流动方向逐渐增大，

增速段(8-3)的内径与扩散段(8-2)中的最大内径相同且随流动方向保持内径不变，

液氮喷嘴(8-4)与第一输入端连接且位于收缩段(8-1)内的中线位置上，其出口与收缩段(8-1)的出口在同一平面上，

第二输入端的一端连接收缩段(8-1)另一端连接供水接头(12)。