一种环保灭火剂和气体混用灭火装置及方法与流程

本发明创造属于消防应急救援领域，尤其是涉及一种环保灭火剂和气体混用灭火装置及方法。

背景技术：

1、洁净化学气体(主要为氢氟烃类、氢氟溴烃类、氟碘烃类等)具有灭火效率高、用量少、空间淹没性和化学稳定性好、洁净、不导电、毒性小、易储存等特点，目前已经在计算机房、通讯机房、配电房、博物馆、资料库等场所广泛应用。氢氟烃类化学灭火气体中，七氟丙烷在洁净化学气体市场占较高比重。然而，氢氟烃类(hfcs)灭火剂由于存在高温室效应潜能值(gwp)的缺点，2016年《蒙特利尔议定书》缔约方大会决定，自2024年起我国作为a5国家第一组将逐步淘汰含七氟丙烷(gwp值＝3800)和六氟丙烷(gwp值＝6300)氢氟烃灭火剂。因此，高温室效应的氢氟烃类灭火剂面临逐步限用乃至淘汰，研发氢氟烃类气体灭火剂替代技术已成为当前消防领域面临的重大挑战之一。

2、新一代的氢氟烃类气体灭火剂替代技术，应具有灭火效率不低于七氟丙烷、环境友好、高腐蚀副产物少、全淹没弥散性优异。惰性气体仅依靠物理机理灭火，其灭火效率难以满足替代七氟丙烷的要求。目前以全氟己酮为代表的灭火剂，由于腐蚀率低、毒性小、灭火体积分数低、不破坏臭氧层、环境友好、常温易于储存的优异性能，已在美国、欧洲、加拿大、日本、澳大利亚和韩国注册使用，获得美国环保署认可，被列入重要新替代物政策，并已开始逐步进行工程应用，被世界各国科学家公认为比较有发展潜力的替代技术之一。

3、但是新型灭火剂由于其高沸点、不易汽化的属性，导致其释放扩散效果不佳，全淹没灭火能力不足，并且还存在灭火时的低浓度助燃和灭火过程分解高腐蚀气相产物较多的问题，这已成为当前限制灭火剂工程应用的技术瓶颈。国内外近年来虽然已开展了相关研究，但目前均尚未找到有效解决办法，严重阻碍了以全氟己酮为代表的灭火剂的工程应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种环保灭火剂和气体混用灭火装置及方法，能实现快速灭火、抑爆，对环保形式下的应急消防救援具有重大意义。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种环保灭火剂和气体混用灭火装置，包括气源、灭火剂、混流部件、管路、喷头，所述气源提供的气体与灭火剂通过混流部件混流后，通过同一管路输送至喷头喷放；所述喷头为单孔或若干孔的结构，每个孔的面积为2mm2～400mm2，所述气源分为外部气源和内部气源；所述混流部件包括外部混流部件和内部混流部件；气源提供的气体和灭火剂的混流方式包括外混、内混和两混，外混为气体和灭火剂通过外部混流部件进行混合；内混为气体和灭火剂通过内部混流部件进行混合；两混为气体和灭火剂先通过内部混流部件进行第一次混合后，形成气液两相流，之后输送至外部混流部件，气体再通过外部混流部件与气液两相流进行第二次混合。

4、进一步的，当气源为外部气源时，气源与灭火剂分离，外部气源包括气瓶和气体压缩机；当气源为内部气源时，内部气源与灭火剂设置在同一内贮压瓶组内；所述气源由单气源或若干个气源组成，当气源由若干个气源组成时，使用集流管进行各个气源释放出气体的汇流。

5、进一步的，所述外部混流部件包括无混流结构的管件或带有混流结构的外混装置，所述无混流结构的管件包括三通或四通。

6、进一步的，所述外混装置包括泵驱外混装置、气驱外混装置和自驱外混装置，所述泵驱外混装置由混流管组成，所述混流管的一端为进气口，另一端为混流出口，所述混流管的中部通过连接孔安装有入液管，所述入液管的外径小于混流管的内径，位于混流管内的入液管的一端朝向混流出口并设有若干出液孔，位于混流管外的入液管的另一端设有进液口；

7、所述气驱外混装置在泵驱外混装置的基础上，在混流管内还设置有瓶组连接管，所述瓶组连接管的外径小于混流管的内径，位于混流管内的瓶组连接管的一端朝向进气口，位于混流管外的瓶组连接管的另一端设有连接口；

8、所述自驱外混装置由单向混流管组成，单向混流管的一端封闭，另一端设有混流出口，所述单向混流管中入液管的设置与泵驱外混装置内入液管的设置一致；靠近封闭端的单向混流管的管壁上设有连接口。

9、进一步的，所述内部混流部件设置于内贮压瓶组内，所述内贮压瓶组包括用于盛放灭火剂和气体的钢瓶，所述钢瓶的顶部设有容器阀，所述内部混流部件设置于钢瓶内部，所述内部混流部件存在两种型式，第一种型式是内部混流部件由虹吸管组成，所述虹吸管的一端与容器阀连接，另一端伸入钢瓶底部，所述虹吸管上设有功能孔；第二种型式是内部混流部件由虹吸管和套管组成，所述套管套接于虹吸管顶部并与所述容器阀相连，虹吸管底部伸入钢瓶底部；虹吸管顶部封闭，虹吸管上的功能孔位于套管内部，套管和虹吸管之间形成有混流腔，套管上设有进气孔。

10、进一步的，灭火剂通过泵驱或气驱进行输送，泵驱为通过泵将液体容器中的灭火剂通过管路输送至混流部件；气驱为通过外部气源将外贮压瓶组内的灭火剂通过虹吸管和容器阀输送至混流部件，或通过内部气源将内贮压瓶组内的灭火剂通过虹吸管和容器阀输送至混流部件；所述外贮压瓶组的钢瓶顶部还设有进气部件，其他结构与内贮压瓶组一致，所述进气部件包括减压装置或进气接头，所述减压装置包括减压阀或减压孔板。

11、进一步的，内部混流部件的第一种型式下，灭火剂和气体从钢瓶内压入到虹吸管中，灭火剂和气体在虹吸管功能孔处开始混合，形成气液两相流并经由容器阀出口处输出；

12、内部混流部件的第二种型式下，灭火剂被气体从钢瓶内压入到虹吸管中，并通过虹吸管功能孔喷出至混流腔；气体从钢瓶内气相空间通过套管的进气孔进入混流腔；灭火剂和气体在混流腔内开始混合，形成气液两相流并经由容器阀出口处输出；

13、虹吸管的功能孔、套管的进气孔为单孔或若干孔的结构，每个孔的面积范围为2mm2～2000mm2。

14、进一步的，所述气体为沸点在-20℃以下的流体介质，包括常规气体、惰性气体、三氟碘甲烷cf3l、hfc氢氟烃、hcfc氢氯氟烃、液氮、液态二氧化碳；所述常规气体由空气、氮气、二氧化碳、氩气其中的任意一种组成或两种以上混合而成；惰性气体由ig01、ig55、ig100、ig541其中的任意一种组成或两种以上混合而成；hfc氢氟烃包括七氟丙烷hfc-227ea、六氟丙烷hfc-236fa、五氟乙烷hfc-125、三氟甲烷hfc-23其中的任意一种组成或两种以上混合而成。

15、进一步的，所述灭火剂为沸点在-20℃以上的流体介质，包括全氟己酮fk-5-1-12、halocarbon blend 55、二氯三氟乙烷、一溴三氟丙烯2-btp、全氟异丙基己酮、六氟丁烯、三氟氯丙烯、水、水基灭火剂其中的任意一种或两种以上混合而成，该灭火剂还能够与三氟碘甲烷cf3l、hfc氢氟烃、hcfc氢氯氟烃任意一种或两种以上气体混合，形成沸点在-20℃以上的灭火剂。

16、本发明还提供一种环保灭火剂和气体混用灭火方法，包括：

17、(1)管路起始端气液混合：灭火剂通过泵驱动或气体驱动，输入到管路内，通过和气体在管路初始端混合后，高流速气体和低流速液体在管路内相互碰撞，灭火剂首先在气体的作用下破碎成液膜及液滴形成气液两相流，实现一次破碎，其中气体驱动分为内贮压和外贮压两种方式；气体和灭火剂在常压下的体积配比为1：1～10000：1；

18、(2)管路同管混流输送：灭火剂在管路初始端一次破碎后，气体作为载气，形成气液两相流，实现在管路内的同管混流输运，管路输运长度范围为0.1m～300m；

19、(3)喷头雾化喷放：气液两相流在管路末端的喷头处喷放，形成最小为1μm的雾滴粒径，实现灭火剂的二次破碎，实现雾化后的喷放。

20、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

21、1.本发明即可用于密闭空间和半开放空间的全淹没灭火，也可用于全开放空间的局部应用灭火；

22、2.本发明中的气体有多种用途和效果，一是作为推动灭火剂的驱动气体，二是作为灭火剂的破碎气体，三是作为管路输送过程中灭火剂的载气，四是作为灭火剂的雾化气体，五是作为灭火剂雾滴的推动气体，六是作为气体灭火剂，一气多用，提高气体利用效率的同时，有效降低灭火剂用量，降低经济成本，提高了灭火效能，减少有毒副产物的生成；

23、3.有效抑制了灭火剂在低浓度下的助燃特性；

24、4.本发明技术方案可在传统的气体灭火系统(如七氟丙烷气体灭火系统)基础上通过直接更换瓶组的方式，将原有的灭火剂更换为环保的灭火剂，并仍沿用原有的管路和喷头，无需改造，简单快捷；

25、5.灭火剂雾滴粒径最小可达到1μm，气体压力低，能够应用在有人场所，氧浓度高，噪音小，洁净环保。

26、6.本发明的气体包括常规气体、惰性气体、三氟碘甲烷、hfc氢氟烃类、hcfc氢氯氟烃类等灭火气体，也包括液氮、液态二氧化碳等液态气体，可以是上述任意一种，也可以是多种气体的混合。

27、当使用气体和灭火剂混合灭火：灭火剂雾化后的雾滴粒径小，导致同体积灭火剂雾化后的表面积大大增加，吸热能力大幅度提升，汽化速度变快，实现明显的降温及气体灭火效果，提高灭火剂的灭火效率，降低灭火浓度，减少灭火剂用量；在全淹没灭火应用方面，灭火剂雾滴将随着高速气流实现保护空间的快速全淹没均匀分布；在局部灭火应用方面，雾化后的快速喷放，以及雾滴的快速汽化，能够实现局部保护区域内的灭火剂浓度快速达到灭火浓度，气液同时喷放的冲力更大，能更好地克服火羽流，使得雾化后的灭火剂能达到保护对象的表面；相较于惰性气体灭火所需氧浓度低于16％，其灭火时的氧浓度大于16％，可用于有人场所，满足人呼吸和逃生的基本要求；该方法能显著减少灭火时间，降低灭火浓度，减少hf等有毒副产物的生成。

28、当使用灭火气体和灭火剂混合灭火：灭火气体和灭火剂可同时作用，发挥灭火效能进行灭火抑爆；可应用于开放空间局部应用灭火或半开放空间的全淹没灭火，其原理为汽化后的灭火剂和灭火气体形成混合灭火气体，而未汽化的灭火剂喷放后的雾滴悬浮在空中，一方面能够隔绝外部空气中的氧气进入保护空间，实现窒息灭火，另一方面能够在开放或半开放空间锁住混合灭火气体的散逸，保证保护空间内的混合灭火气体浓度能够长时间维持在较高水平，实现灭火；不同灭火剂在不同氧浓度或不同灭火气体气体浓度下，其灭火浓度将发生变化，如氧浓度降低时，灭火剂灭火浓度也将降低，进而提高灭火剂的灭火效率，减少灭火剂用量；部分灭火剂在低浓度下有助燃的特性，而和灭火气体混合喷放灭火，能够明显抑制该特性。