专利名称：用于灭火的惰性气体发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种灭火装置特别是一种在短时间内制造大量低氧含量惰性气体的气体发生装置。本发明还涉及一种安装了这种用于灭火的气体发生装置的车辆。
但是，在将水作为灭火剂时，为了完全灭火需要将水喷洒在所有着火物质表面，这样会延长灭火时间，因此引发需要将大量的水运至火灾现场的复杂问题，这不可避免的会使救火工作变得很不经济。
另一方面，即使使用诸如二氧化碳、氮气、哈龙1301(Halon1301)、泡沫之类的灭火物质可以临时灭火，但它们的造价相对过高，通常用于小范围火灾最初灭火的情况。因此，在现有的大多数的灭火物质中，除了水还没有什么物质可以成功有效地应用于大范围的灭火当中。
喷淋灭火系统作为灭火装置可有效的用于大型建筑的灭火当中。喷淋灭火系统包括将工作液体加压的液压泵，激活火灾报警系统、连接液压泵的阀门，将水喷洒到房间内的喷嘴和喷头。这里喷淋器包括一个可在事先设定的室温条件下熔化的可熔连接以及一个以一定的角度喷洒压缩液体的导流装置。
但是，这种形式的灭火装置的不利之处在于它需要利用液压泵传送高压流体，因而会消耗大量的水。有时这种装置会因为持续上升的内部温度而失效，因此需要大量的时间用于灭火。实际上，已经提出各种用于初始灭火的方案以及对现有方案的改进方案。
例如，美国专利第4,113,019号披露了一种使用涡轮喷气发动机(turbo jet engine)的惰性气体灭火装置。根据此项专利，发生装置中的后燃烧室出口处安装扩散器，减压室安装在后燃烧室和扩散器之间。在减压室上安有一个支管，用于从外界将惰性气体例如氮气引入到减压室中。进入减压室的压缩惰性气体经过解压，然后喷洒到火灾现场。扩散器会将氟利昂气体引入到排空惰性气体中，以增加灭火效率。
但是，美国专利第4,113,019号实际没有叙述一种本身生产作为灭火剂的惰性气体的装置，而是叙述了一种简单的相关路径，利用这种路径将利用其它机构制造出的高动能的惰性气体喷入到火灾现场。这种机构是将氮气和氟利昂作为惰性气体，这样会增加灭火的造价，并且会对环境有害。
国际专利早期公开第WO-9318823号披露了一种用于灭火的燃气式涡轮喷气发动机(turbo jet gas turbine)。此燃气式涡轮喷气发动机是利用位于气体涡轮机(gas turbine)出口的高动量，将水喷入火灾现场，同时降低排出气体的温度。燃气涡轮发动机常用于特殊场合，例如在油井灭火时用于临时切断从空气中将氧气夹带到着火物体上的通道，但是众所周知使用这种灭火装置的不利因素在于会耗费大量的水。
苏联专利第SU-1724275号披露了一种在像飞机场一样的特殊场合中使用的灭火装置，这种装置利用由压缩机产生的高温压缩空气，将粉状惰性气体喷洒在火灾现场。但是，这种系统需要提供一个单独的电源，因此很难长时间的使用这种灭火装置，更不用提大量的制造这种惰性气体的困难程度。
同样，中国专利第CN-1110184号披露了一种驱动气体涡轮机的发生装置。这种发生装置倾向于利用水泵将大量的水送至火灾现场用于灭火，但是通常，这种装置与传统的救火车相似，因而同样存在上面所描述的其它装置的缺点。
德国专利第DE-19625559号披露了一种灭火系统，是在有限空间中采用小体积的气体涡轮机。例如，这里的有限空间可以是船的发动机舱或者小尺寸的建筑物。这种装置从空气中得到氮气和氧气，二者反应生成氮气和水，利用得到的生成物灭火。这种装置的优点在于反应物中不包含像二氧化碳之类对环境有害的物质，因此对环境十分有利。但是，众所周知这种装置制造程序复杂，并且很难制造大量的氮气和水，因此很难面对大范围的火灾。
发明内容
本发明的目的是解决迄今带来的问题，主要目的是提供一种惰性气体发生装置以及其相关的采用了气体涡轮机涡轮发生器(turbogenerator gas turbine)的灭火装置。
除此之外，还可以通过在燃气式涡轮喷气发动机以及后燃烧室中将空气作为初相燃烧，以得到大量的低氧含量以及低温的惰性气体。
前面提到的目标可以通过采用用于灭火的惰性气体发生装置解决。这种装置包括一台气体涡轮机，包括用于驱动气体涡轮机的启动电机，一台压缩机，与上述启动电机相联接，一个燃烧室，与燃料泵连接以燃烧上述压缩机中的气体，以及一个涡轮，安装在燃烧室出口，用于提供膨胀能量；一个后燃烧室，联接在涡轮出口处，通过放空阀与压缩机相连，将来自压缩机的空气进行燃料雾化以及对空气进行二次燃烧，一旦在燃烧室中燃烧，通过涡轮提供燃烧空气，并且燃烧室中还存在稳定二次燃烧火焰的火焰稳定剂；一个冷却室，包围在后燃烧室周围，用于移走后燃烧室的燃烧热量，并通过喷嘴将水喷入燃烧气体中以降低气体温度；一台蒸发器，安装在冷却室的出口用于进一步冷却已经被冷却室和喷嘴冷却的气体；一个排空喷嘴，用于将上述蒸发器中已被冷却的惰性气体喷洒到火灾现场；以及一台控制器，用于控制启动电机，燃料泵，以及燃烧室和后燃烧室。
根据本发明，惰性气体发生装置包含启动电机系统，使气体发生装置在低速范围内没有足够的能量用于驱动压缩机和燃料泵系统时，用于提供气体发生装置达到自维持速度的足够能量。这种启动电机会当系统达到自维持速度时与系统分离。
图2给出了
图1中的惰性气体发生装置中的蒸发器的透视图。
图3给出了图1中的惰性气体发生装置安装在可移动车辆上的透视图。
如图1所示，本发明的实施例表示的惰性气体发生装置包含一个气体涡轮机10。气体涡轮机10由启动电机12启动。启动电机12在最初的驱动速度范围内提供压缩机以及其它辅助系统足够的能量，直到发动机达到自维持速度。当达到自维持速度后，启动电机会与气体涡轮机分离。
一台压缩机，与启动电机之间机械耦合，压缩从大气中得到的空气。离心压缩机或者轴向压缩机都可以用在这种构造当中。利用通常称为“喇叭口”的空气吸入器16将空气吸入到压缩机中。为了使压缩机14的压力损失降到最小，很有必要设置空气吸入装置16。利用机械方法将涡轮18与压缩机14相联接，以弥补压缩机以及其它辅助设备的负荷。
一个燃烧室20，安装在压缩机14与涡轮18之间。除了下面详细阐述的泄漏到后燃烧室的气体，其余的压缩气体都会在燃烧室20中燃烧。通常，燃料泵22与燃烧室20相联接，并给燃烧室提供燃料。
一个后燃烧室24，与涡轮18相联接，通过二次燃烧从燃烧室20中出来的气体，降低气体中的氧气含量。后燃烧室中24包括一个与涡轮机18的出口完全联接的火焰稳定装置26，用于稳定燃烧室20的火焰。燃料泵22与后燃烧室24相联接，用于提供后燃烧室24的燃料。一个冷却室30，包围在后燃烧室周围，以吸收后燃烧室外部气缸的热量，同时将水注入到靠近后燃烧室出口处的高温气体中。尤其，一部分已经取出的压缩气体通过使燃料雾化的放空阀14注入后燃烧室。
几个喷嘴34，安放在冷却室30的出口处或者蒸发器的前方，像下面详细阐述的一样，冷却水雾降低从燃烧室和后燃烧室中出来的气体温度。使用顺序联接的水泵36，水箱38和供水阀40与喷嘴34相联接，以控制冷却水的流率。并且，喷嘴34以下面的方式安放在支管上注入水的方向与气体流向成一定的角度。这种环绕在圆周方向的支管被固定在后燃烧室24的外部气缸的内表面上。
一台蒸发器42，安置在冷却室30的出口处，用于进一步的降低已经冷却的气体的温度。一个抽空阀44，安置在蒸发器42的底部以放空冷却过程中所使用的冷却水。
以不同直径的同心圆柱体46的形式建立蒸发器42，以增加热交换的表面积。每一个特殊制造的圆柱体46都沿纵向距离，在圆周上存在由凹面48以及凸面50组成的粗糙表面。通过这种方式可以获得更高的热交换能力。所设计的蒸发器42在最小纵向距离下的气-液混合体的平均温度范围是100℃~150℃。
一个排空喷嘴52，安装在蒸发器出口处，用于排出已蒸发的排出气体(惰性气体)。排空喷嘴52可以伸长或者缩短以适应惰性气体到火灾现场的距离。
同时，对于本发明的惰性气体发生装置包括用于自控的控制器54。控制器54通过控制启动电机12，通过调整燃料流率控制燃料泵22，来控制系统操作。控制器54控制燃烧室20和后燃烧室24中的燃烧行为。
根据本发明，如图3所示的惰性气体发生装置可以安放在像卡车之类的车辆上，来增加其机动性。也就是说，惰性气体发生装置系统包括气体涡轮机10，后燃烧室24，蒸发器42，排空喷嘴52以及其它的可以安放在汽车上的装置，例如，载重5吨的卡车。实际中十分必要在车辆当中安装起重机56，来控制惰性气体发生装置，使其能够实现旋转和俯仰角操作。为了控制惰性气体的注入角度很有必要安装水压缸58。车辆中安置了合适体积的水箱38，在里面有水泵36给喷嘴34(图1)提供冷却水。同样，车辆中安放燃料箱22，给燃烧器20和后燃烧器24提供燃料。系统中还安装了悬臂系统60，用于控制排空喷嘴的距离。
对于本发明，惰性气体发生装置的工作原理会在下面进行详尽的阐述。
例如，当火灾发生时，操作员或者救火员通过控制器54启动启动电机12，因此气体涡轮机10中的涡轮18能释放足够的能量，驱动压缩机14以及其它辅助设备。一旦涡轮18获得能自维持的足够高的速度，启动电机12会停止向涡轮18提供能量并与其分离。
当压缩机14开始操作，在压力损失最小的情况下，通过空气吸入器16吸入空气。当空气通过压缩机14时被加压加温。一部分压缩气体会旁路通过压缩机20和涡轮18，通过放空阀32进入后燃烧室24。其余的压缩空气会在燃烧器20中，在从燃料泵22获得的燃料下燃烧。通过这种方法，压缩气体会转变成为燃烧产物，并在燃烧过程中消耗大量的氧气。空气中氧气的消耗量与燃烧器20的进出口温度有关。燃烧器20的进口温度越低或出口温度越高，气体中所剩余的氧气量就越少。
当来自燃烧室20的气体通过涡轮18时，气体膨胀，气体动能和热能转化成机械能。因而，涡轮18释放部分能量驱动压缩机14和其它的辅助元件。从涡轮18中流出的空气进入后燃烧室24进行进一步燃烧。在这种持续燃烧过程中，空气转化成为用于灭火的低氧含量的惰性气体。例如，从后燃烧室24中流出的空气中的氧气含量少于10％。此时在燃烧室中的气体温度大约为1800k~2100k。
从后燃烧室24中出来的高温气体在通过后燃烧室的时候，会被从喷嘴34喷出的冷却水冷却。这时高温气体与从喷嘴34喷出的冷却水混合，得到气液混合体。气-液混合体的温度会在通过蒸发器42的时候进一步降低。如图2所示，例如，通过位于蒸发器42中的柱状管道46的气液混合体的温度，只需在少于10tons/h的水量下，就会降低到100℃~150℃的范围内。已降温的气液混合体会通过放空喷嘴52喷出用于灭火。这时，很有必要将位于放空喷嘴52出口处的气体或者气液混合体(包含部分水珠)的温度控制在100℃~150℃范围内。
如图3所示的将气体发生装置安装在车辆上的情况，惰性气体的喷射角度可以通过起重机系统控制。例如，操作者通过控制安放在车辆上的起重机56，可以确定从惰性气体发生装置中出来的惰性气体的喷出方向。换句话说，通过控制司机室中的控制器就可以控制用于支撑惰性气体发生装置框架的水压缸58，操作者可以控制箭头A1方向上的惰性气体的喷射方向。同样，通过控制悬臂系统60，来调整喷嘴52，控制箭头A2的方向上的惰性气体的喷出距离。可以利用单独的电池的能量或者从行进中的汽车引擎中获得的能量驱动进水泵36或者燃料泵22等装置。工业实用性上面提到的发明中，灭火性能的适用性和可信性可以通过迅速的将大量的由惰性气体发生装置得到的温度在100℃~150℃范围内，氧含量低于10％的惰性气体喷射在像大型建筑、居民住宅区以及由战争引起的船上和山上的火灾现场过程中得到提高。
并且，制造相关压缩气体的费用要比其它使用空气和水作为初相材料的方法低，并且由于排出气体中含有尽可能少的有毒物质，因此这种灭火方式对环境无害。
另外，这种方法的优点在于灭火过程中使用的是气液混合物而不是水，这样可以将安放在设备中的贵重电子仪器的损伤降到最小。
在对发明的具体表征做出明确说明后，很显然，所有的基于本技术领域的技术以及细节上的各种改变都是与本发明的主要思想以及
权利要求
1.一种用于灭火的惰性气体发生装置，包括一台气体涡轮机，包括用于驱动气体涡轮机的启动电机，一台压缩机，与上述启动电机相联接，一个燃烧室，与燃料泵连接以燃烧上述压缩机中的气体，以及一个涡轮，安装在燃烧室出口，用于提供膨胀能量；一个后燃烧室，联接在涡轮出口处，通过放空阀与压缩机相连，将来自压缩机的空气进行燃料雾化以及对空气进行二次燃烧，一旦在燃烧室中燃烧，通过涡轮提供燃烧空气，并且燃烧室中还存在稳定二次燃烧火焰的火焰稳定剂；一个冷却室，包围在后燃烧室周围，用于移走后燃烧室的燃烧热量，并通过喷嘴将水喷入燃烧气体中以降低气体温度；一台蒸发器，安装在冷却室的出口用于进一步冷却已经被冷却室和喷嘴冷却的气体；一个排空喷嘴，用于将上述蒸发器中已被冷却的惰性气体喷洒到火灾现场；以及一台控制器，用于控制启动电机，燃料泵，以及燃烧室和后燃烧室。
2.如权利要求1所述的惰性气体发生装置，其特征在于有一个水箱、一个水泵和一个给水阀门与喷嘴相联接，以控制冷却水的给水速率，从而控制最后排出气中的氧气含量。
3.如权利要求1所述的惰性气体发生装置，其特征在于蒸发器包括形成气体传输通道的不同直径的同轴圆柱体，并且每一个柱体都是由延径向圆周面上的凸面和凹面组成，以增加上述柱体的热量传输表面积。
4.如权利要求3所述的惰性气体发生装置，其特征在于一个排空阀安放在蒸发器底部，用于释放用过的冷却水。
5.如权利要求1所述的惰性气体发生装置，其特征在于排空喷嘴可以被收缩和拉长，以适应排出的惰性气体与火灾现场间的距离。
6.如权利要求1所述的惰性气体发生装置，还包括一台起重机，可以使惰性气体发生装置旋转和俯仰；一个水压缸，用于调整来自惰性气体发生装置的惰性气体的喷出角度；和一个悬臂装置，可以被收缩和拉长，以调整上面所提到的惰性气体发生装置中的喷嘴长度。
全文摘要
本发明披露了一种在短时间内制造大量惰性气体的惰性气体发生装置。惰性气体发生装置包括一台气体涡轮机，由启动电机，压缩机，燃烧室以及涡轮组成；一个后燃烧室，与气体涡轮机的出口相联接，安装了火焰稳定装置，用于二次燃烧已经在前燃烧室中燃烧过的气体；一个安装了喷嘴的冷却室，用于喷水以降低燃烧室出口处的气体温度；一台蒸发器，用于进一步的冷却从后燃烧室中出来的气液混合体；一个冷却室和一组喷嘴；一个放空喷嘴，用于控制低温及低氧含量的惰性气液混合体的喷出方向；一台控制器，用于控制启动电机，燃料泵和燃烧室。惰性气体发生装置安置在可移动的车辆上，以最小的消耗迅速灭掉各种场合下的火灾。
文档编号A62C3/00GK1424928SQ00818641
公开日2003年6月18日 申请日期2000年11月30日 优先权日2000年11月30日
发明者金秀龙, 林艺勋, 柳一洙, 奥列格·F·穆拉夫钦科 申请人:韩国机械研究院, 谢伊夫钦科发展公司