一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置及灭火方法
阅读说明：本技术 一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置及灭火方法 (Fire extinguishing device and fire extinguishing method for mixed injection of liquid nitrogen and carbon dioxide ) 是由 于志金 张志鹏 徐澜 杨淞 谷雨 樊世星 陈霜霜 于 2021-01-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置,包括液态CO-2瓶以及并排固定倒置的液氮瓶,液态CO-2瓶的顶部出口连接有液态CO-2导管并设置液态CO-2出液阀,液态CO-2导管的末端连接有液态CO-2喷枪并设置液态CO-2手柄开关,液氮瓶的顶部出口连接有液氮导管并设置液氮出液阀,液氮导管的末端连接有液氮喷枪并设置液氮手柄开关,液态CO-2喷枪与液氮喷枪的喷嘴相对且呈倾斜设置；本发明还公开了一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置的灭火方法,通过液态CO-2和液氮喷射形成干冰颗粒进行灭火。本发明通过对原料存储介质、输出喷射结构的设置,将液态CO-2转化成干冰,提高了整体灭火性能；本发明的灭火方法提高了灭火效率。(The invention discloses a fire extinguishing device with mixed injection of liquid nitrogen and carbon dioxide, which comprises liquid CO 2 Bottle and liquid nitrogen bottle, liquid CO fixed and inverted side by side 2 The outlet at the top of the bottle is connected with liquid CO 2 Conduit and disposing liquid CO 2 Liquid outlet valve, liquid CO 2 The tail end of the conduit is connected with liquid CO 2 Spray gun and liquid CO 2 A handle switch, a liquid nitrogen guide tube connected with the top outlet of the liquid nitrogen bottle and provided with a liquid nitrogen outlet valve, a liquid nitrogen spray gun connected with the tail end of the liquid nitrogen guide tube and provided with a liquid nitrogen handle switch, and liquid CO 2 The spray gun is opposite to the nozzle of the liquid nitrogen spray gun and is obliquely arranged; the invention also discloses a fire extinguishing method of the fire extinguishing device by mixed injection of liquid nitrogen/carbon dioxide, which is implemented by liquid CO 2 And liquid nitrogen is sprayed to form dry ice particles for extinguishing fire. The invention arranges the raw material storage medium and the output injection structure to inject the liquid CO 2 The fire extinguishing agent is converted into dry ice, so that the overall fire extinguishing performance is improved; the fire extinguishing method improves the fire extinguishing efficiency.)
技术领域
本发明属于灭火技术领域，具体涉及一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置及灭火方法。
背景技术
现如今密集建筑群中小火频发的趋势下，传统的灭火技术愈发难以满足人们的灭火需求，如果在火灾初期难以控制小火，火势扩大蔓延成大火后，势必会造成难以估量的后果，因此，灭火需要快速且充分。现如今常用的灭火方法主要有化学泡沫，干粉，二氧化碳，水基类灭火器，但由于火灾发生的时间、地点和类型难以预测，一般的灭火方法局限性大，难以高效快速的对火区进行灭火，如水基灭火装置只能扑救A类(固体火灾)，干粉以及二氧化碳灭火器喷射时间短，化学泡沫类灭火器不能针对电气火灾等原因，它们都很难在有效时间内将火熄灭，很大程度上错失了灭火的最佳时机，导致火区进一步扩大。因此，开发一种具有适用性广，灭火时间长，携带能力好的灭火装置对于提高城市火灾灭火能力具有重要意义。
通常火灾的发生与温度和氧气浓度有着密切的关系,而治理的关键则在于隔绝氧气和移除热量。研究表明，二氧化碳在三相点(-56.6℃)以下会形成干冰，干冰在升华过程中会吸收火区中大量的热量，造成火区温度下降，且伴随着大量气态二氧化碳的生成，有效隔绝了火区的氧气，加速了火源熄灭，如果能使其附着在火源点上，无疑是一种极具发展前景的灭火材料。但二氧化碳性质及其不稳定，且难以以干冰的形式储存并进行灭火，而液态二氧化碳在喷射过程也仅有少量干冰形成，灭火性能较差，因此再利用二氧化碳灭火的装置方法上还有待进一步研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置。该装置通过对原料液态CO2和液氮存储介质、输出结构和喷射结构的设置，实现了液氮对液态CO2的充分冷却，使得液态CO2转化成干冰颗粒喷射进入火区，利用干冰颗粒附着性能降温隔氧，利用干冰升华性能隔氧阻燃，协同液氮的降温隔氧的作用，起到积极的双重灭火效果，提高了整体灭火性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置，其特征在于，包括液态CO2瓶以及与液态CO2瓶并排固定摆放且倒置的液氮瓶，所述液态CO2瓶的顶部出口连接有液态CO2导管，且连接处设置有液态CO2出液阀，所述液态CO2导管的末端连接有液态CO2喷枪，所述液态CO2喷枪的连接管道上设置有液态CO2手柄开关，所述液氮瓶的顶部出口连接有液氮导管，且连接处设置有液氮出液阀，液氮导管的末端连接有液氮喷枪，所述液氮喷枪的连接管道上设置有液氮手柄开关，所述液态CO2喷枪与液氮喷枪的喷嘴相对且呈倾斜设置。
上述的一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置，其特征在于，所述液态CO2瓶和倒置的液氮瓶均固定在背托上，所述背托上设置有背带。
上述的一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置，其特征在于，所液氮喷枪的喷嘴与液态CO2喷枪的喷嘴之间的倾斜角度α＝15°～45°。
上述的一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置，其特征在于，所液氮瓶上连接有增压装置。
上述的一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置，其特征在于，所液氮导管、液态CO2导管、液氮喷枪和液态CO2喷枪的外表面上均包覆有隔温材料。
上述的一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置，其特征在于，所液氮喷枪上靠近液氮手柄开关处与液态CO2喷枪上靠近液态CO2手柄开关处通过连接件固定连接。
上述的一种液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置，其特征在于，所液氮手柄开关和液态CO2手柄开关均为按压式手柄开关。
另外，本发明还提供了一种上述的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置的灭火方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置中的液态CO2瓶和液氮瓶中对应充入液态CO2和液氮，然后将液氮瓶倒置并与液态CO2瓶并排固定摆放，再与其他结构部件连接，得到装配好的灭火装置；
步骤二、将步骤一中装配好的灭火装置转移至火区，然后打开液态CO2出液阀，将液态CO2喷枪和液氮喷枪对准火焰，并打开液态CO2手柄开关，随后迅速依次打开液氮出液阀和液氮手柄开关，使得液态CO2和液氮喷射而出形成干冰颗粒，进行灭火作业；
步骤三、灭火作业结束或液态CO2、液氮耗尽后，及时关闭液氮出液阀，然后慢慢关闭液态CO2出液阀，再关闭液态CO2手柄开关和液氮手柄开关，进行灭火装置的拆卸或者重装。
二氧化碳在不同环境下存在的形态是不一样的。从图1二氧化碳的三相图可知，液态CO2在喷射过程中由于压力急剧下降温度也会大幅下降，同时伴随有干冰生成，但喷射过程中冷量逸散快，因此干冰数量总体较少。
液氮在标准大气压下的温度一般为-196℃，本发明利用二氧化碳的三相转变性质和液氮的低温性能，在液态CO2的喷射过程中采用液氮进行喷射冷却，通过液态CO2与液氮的持续瞬时冲击碰撞，使得液态CO2迅速冷却至相变点-56.6℃以下从而持续产生大量的干冰颗粒进行灭火作业，有效增加了干冰颗粒的生成量，从而提高灭火效率；干冰遇火膨胀后快速升华，吸收了火区中大量的热量，可以达到快速高效、喷射充分的灭火效果，且干冰颗粒与液氮复合协同，加强了灭火效果。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置通过对原料液态CO2和液氮存储介质、输出结构和喷射结构的设置，实现了液氮对液态CO2的充分冷却，使得液态CO2转化成干冰颗粒喷射进入火区，利用干冰颗粒附着性能降温隔氧，利用干冰升华性能隔氧阻燃，协同液氮的降温隔氧的作用，起到积极的双重灭火效果，提高了整体灭火性能。
2、本发明的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置通过设置背托和背带，增加了原料CO2和液氮的装载量，提高了整体灭火性能，同时便于操作者携带和使用，灵活机动，提高了灭火效率。
3、本发明的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置通过控制液氮喷枪的喷嘴与液态CO2喷枪的喷嘴之间的倾斜角度，有效强化了液氮与从液态CO2的连续撞击效果，从而提高了液氮对液态CO2的冷却效果和冷却效率，提高了干冰颗粒的生成量。
4、本发明的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置通过设置液氮手柄开关和液态CO2手柄开关从而分别控制液氮和液态CO2的喷出流量和喷出速率，有效控制了干冰颗粒的生成量和生成速率。
5、本发明的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置可以扑救一般A类、B类、C类、E类等火灾，克服了传统灭火装置的缺陷，适用范围较广，应用价值大。
6、本发明利用二氧化碳的三相转变性质和液氮的低温性能，在液态CO2的喷射过程中采用液氮进行喷射冷却，有效增加了干冰颗粒的生成量，从而提高灭火效率，达到快速高效、喷射充分的灭火效果。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为二氧化碳的三相图。
图2为本发明液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置的主视图。
图3为本发明液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置的左视图。
图4为本发明液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置中液氮喷枪与液态CO2喷枪的结构示意图。
附图标记说明:
1—液态CO2瓶； 2—液氮瓶； 3—液态CO2出液阀；
4—液氮出液阀； 5—液态CO2导管； 6—液氮导管；
7—液态CO2手柄开关； 8—液氮手柄开关； 9—连接件；
10—液态CO2喷枪； 11—液氮喷枪； 12—背托；
13—背带。
具体实施方式
本发明的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置通过实施例1进行详细描述。
实施例1
如图2和图3所示，本实施例的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置包括液态CO2瓶1以及与液态CO2瓶1并排固定摆放且倒置的液氮瓶2，所述液态CO2瓶1的顶部出口连接有液态CO2导管5，且连接处设置有液态CO2出液阀3，所述液态CO2导管5的末端连接有液态CO2喷枪10，所述液态CO2喷枪10的连接管道上设置有液态CO2手柄开关7，所述液氮瓶2的顶部出口连接有液氮导管6，且连接处设置有液氮出液阀4，液氮导管6的末端连接有液氮喷枪11，所述液氮喷枪11的连接管道上设置有液氮手柄开关8，所述液态CO2喷枪10与液氮喷枪11的喷嘴相对且呈倾斜设置。
本实施例的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置通过设置并排固定摆放的液态CO2瓶1和倒置的液氮瓶2，分别用于存储液态CO2瓶和液氮，由于液态CO2瓶中的液态CO2本身具有2MPa～3MPa的压力，而液氮不具有额外压力，因此将液态CO2瓶1设置为正放而将液氮瓶2设置为倒置状态，有利于液氮的顺利流出，同时保证液态CO2和液氮的使用安全性；
通过在液态CO2瓶1的底部出口连接液态CO2导管5、在液态CO2导管5的末端连接液态CO2喷枪10，保证液态CO2瓶1中的液态CO2通过液态CO2导管5流出并输送至液态CO2喷枪10喷出，同时通过设置液态CO2出液阀3以控制液态CO2瓶1的打开和闭合，以控制或阻止液态CO2的流出，结合液态CO2手柄开关7控制液态CO2从液态CO2喷枪10中的喷出流量和喷出速率；
通过在液氮瓶2的顶部出口连接液氮导管6、在液氮导管6的末端连接液氮喷枪11，保证液氮瓶2中的液氮通过液氮导管6流出并输送至液氮喷枪11喷出，同时通过设置液氮出液阀4控制液氮瓶2的打开和闭合，以控制或阻止液氮的流出，结合液氮手柄开关8控制液氮从液氮喷枪11中的喷出流量和喷出速率；
另外，通过分别设置液氮导管6和液态CO2导管5及对应连接的喷枪，避免了液氮与液态CO2预混生成干冰堵塞管道；通过将液态CO2喷枪10的喷嘴与液氮喷枪11的喷嘴相对且呈倾斜设置，使得从液氮喷枪11的喷嘴喷射出的液氮与从液态CO2喷枪10喷嘴喷射出的液态CO2呈一定角度连续相冲碰撞并迅速混合，利用液氮的低温性质将液态CO2迅速冷却至相变点-56.6℃以下从而持续产生大量的干冰颗粒，液氮带动大量的干冰继续喷射进入火区，由于干冰颗粒具有较好的附着性能，从而有效附着在火区燃烧物的表面，有效降温隔氧，起到灭火的作用，随后干冰遇火受热迅速升华，转化成气态的CO2，而干冰在升华过程中会吸收燃烧物产生的大量热量，继续降低燃烧物的燃烧温度，阻止燃烧的进行；同时，由于CO2本身重气的属性即密度大于空气，气态的CO2覆盖在燃烧物表面形成保护层，有效隔绝了氧气，进一步阻碍了燃烧物的继续燃烧，达到快速灭火的目的；另外，液氮在喷射进入火区后也具有降温隔氧的作用，也起到灭火阻燃的作用。
综上，本实施例的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置通过对原料液态CO2和液氮存储介质、输出结构和喷射结构的设置，实现了液氮对液态CO2的充分冷却，使得液态CO2转化成干冰颗粒喷射进入火区，利用干冰颗粒附着性能降温隔氧，利用干冰升华性能隔氧阻燃，协同液氮的降温隔氧的作用，起到积极的双重灭火效果，提高了整体灭火性能。
优选地，本实施例中液态CO2瓶1和倒置的液氮瓶2均固定在背托12上，所述背托12上设置有背带13。通过该设置提高了液态CO2瓶1和液氮瓶2的容积，进而增加了原料CO2和液氮的装载量，提高了整体灭火性能；同时，相比手提式灭火器形成的灭火介质更多，灭火时间更长，相比大型灭火装置，更加便于携带、运输，从而方便操作者背负并在火场区域的灭火操作，灵活机动，提高了灭火效率。
如图4所示，优选地，本实施例中所述液氮喷枪11的喷嘴与液态CO2喷枪10的喷嘴之间的倾斜角度α＝15°～45°。该倾斜角度为液氮喷枪11的喷嘴中心线与液态CO2喷枪10喷嘴中心线的夹角，通过该优选倾斜角度的设置，进一步强化了从液氮喷枪8的喷嘴喷射出的液氮与从液态CO2喷枪10喷嘴喷射出的液态CO2的连续撞击效果，增强了微观混合效果，强化了直接撞击区外的混合，避免了死区的存在，从而提高了液氮对液态CO2的冷却效果和冷却效率，提高了干冰颗粒的生成量。
优选地，本实施例中液氮瓶2上连接有增压装置。通过设置增压装置保证液氮的流出，并有效增加了液氮的流速，确保了液氮从液氮喷枪11中顺利喷出且不易发生堵塞。
优选地，本实施例中液氮导管6、液态CO2导管5、液氮喷枪11和液态CO2喷枪10的外表面上均包覆有隔温材料。由于液氮和液态CO2的低温特性，会导致其流经的液氮导管6、液氮喷枪11、液态CO2导管5和液态CO2喷枪10的表面温度降低，通过包覆保温材料避免操作者使用过程中因接触各导管和喷枪导致对身体的冻伤伤害。
优选地，本实施例中液氮喷枪11上靠近液氮手柄开关8处与液态CO2喷枪10上靠近液态CO2手柄开关7处通过连接件9固定连接。通过该设置使得液氮喷枪11与液态CO2喷枪10固定连接，且形成固定倾斜角度并具有一定间距，有效改善了液氮与液态CO2的撞击过程，进一步增加干冰颗粒生成数量；同时便于对两处喷枪的手持固定和使用，且操作者容易对液氮手柄开关8和液态CO2手柄开关7进行喷射流量和喷射速率的调节控制。
优选地，本实施例中液氮手柄开关8和液态CO2手柄开关7均为按压式手柄开关。该优选开关便于操作，易于控制液氮和液态CO2从对应喷枪的喷出，且容易实现，成本较低。
本发明的液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置的灭火方法通过实施例2进行详细描述。
实施例2
本实施例中液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置的灭火方法包括以下步骤：
步骤一、将液氮/二氧化碳混合喷射的灭火装置中的液态CO2瓶1和液氮瓶2中对应充入液态CO2和液氮，然后将液氮瓶2倒置并与液态CO2瓶1并排固定摆放，依次在液态CO2瓶1的顶部出口连接液氮导管6和液氮喷枪11，并在液氮瓶2的出口连接处安装液氮出液阀4，在液氮喷枪11上安装液氮手柄开关8，依次在液态CO2瓶1的底部出口连接液态CO2导管5和液态CO2喷枪10，并在液态CO2瓶1的出口连接处安装液态CO2出液阀3，在液态CO2喷枪10上安装液态CO2手柄开关7，得到装配好的灭火装置；
步骤二、将步骤一中装配好的灭火装置转移至火区，然后打开液态CO2出液阀3，将液态CO2喷枪10和液氮喷枪11对准火焰，并打开液态CO2手柄开关7，随后迅速依次打开液氮出液阀4和液氮手柄开关8，使得液态CO2和液氮喷射而出形成干冰颗粒，进行灭火作业，同时根据火区火势大小，通过调节液态CO2手柄开关7和液氮手柄开关8调节液态CO2和液氮的喷出流量，从而控制干冰颗粒的生成量；
步骤三、灭火作业结束或液态CO2、液氮耗尽后，及时关闭液氮出液阀4，然后慢慢关闭液态CO2出液阀3，再关闭液态CO2手柄开关7和液氮手柄开关8，进行灭火装置的拆卸或者重装。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种隧道自动喷淋灭火系统及灭火方法