一种灭火系统和设置该系统的消防车的制作方法

本实用新型涉及消防技术领域，尤其是涉及一种以液氮为动力源、可将水快速雾化，并在氮气和水混合后能高速喷出、覆盖在燃烧物表面以隔绝氧气、实现灭火目的的灭火系统，以及设有该灭火系统的消防车。

背景技术：

氮气为空气的主要成分，在标准大气压下，冷却至-196℃变为五颜色的液体，且氮气的化学性质不活泼，常温下难以与其他物质发生反应。

作为无碳气体的一种，氮气水合物生成的逆过程是一个剧烈吸热的分解放气过程，水合物水解后释放出水和氮气，两者均为清洁性灭火材料。 如申请号为201510220145.7的实用新型专利申请，其公开了一种无碳气体水合物灭火剂及其制备方法，该灭火剂是由惰性气体与水合剂在低温高压条件下生成的一种固态水合物粉末，其种水合剂可为水或者水溶液或者干水或者干溶液或者冰，而固态水合物粉末的制备方法为将惰性气体充入一个高压反应混合器内，高压反应混合器内置有上述水合剂，在一定压力和温度下反应完成后，取出水合物，在低于-10℃环境中粉碎、筛分，分成粒径小于1.0mm的水合物粉末即为无碳水合物灭火剂。灭火时，水合物粉末覆盖在可燃物表面，可减少可燃物与空气的接触；水合物分解吸热能降低燃烧区温度，释放出的惰性气体又起到稀释和隔离空气的作用，ODP 值和 GWP 值均为0，是一种清洁环保的灭火方式。但是，该灭火剂在制备时首先将惰性气体充入高压混合器中，反应后，要将水合物置于低于-10 ℃的冷库中，制备过程复杂且条件要求苛刻；灌装该灭火剂的灭火混合器（比如罐式灭火器）射程有限，难以实现远距离灭火。

技术实现要素：

本实用新型首先提供一种灭火方法，该灭火方法以液氮作为动力源，通过液氮和水雾双重作用下灭火，其次还公开了一种采用上述灭火方法的灭火系统，最后还公开了一种采用上述灭火系统的消防车，采用的技术方案是：一种灭火系统，所述系统包括液氮储存部分和供水部分，所述液氮储存部分包括液氮储罐、与液氮储罐连接的罐压调节装置和液氮输出管，所述供水部分包括储水装置和水输出管，其特征在于：所述液氮输出管和水输出管均连接至混合器内，所述混合器包括液氮吸热至少部分气化成氮气流的换能段，还包括氮气流高速撞击水流后形成氮气与水雾的混合体的聚能段，所述混合器还设有向外喷射氮气与水雾混合体的喷射口。

本实用新型的技术特征还有：所述水输出管与外壳连通，所述液氮输出管延伸入外壳内一段距离后成为变径管，所述变径管依次包括缩径段、窄喉部和扩径段。

本实用新型的技术特征还有：所述混合器还包括对所述氮气流进行加速的爆能段。

本实用新型的技术特征还有：所述混合器还包括设置在所述聚能段和喷射口之间的发射段。

本实用新型的技术特征还有：所述混合器包括外壳，所述外壳包括大径段、变径段和小径段，所述大径段靠近水输出管，所述小径段靠近喷射口，大径段与小径段由变径段连接，所述变径管位于所述大径段内。

本实用新型的技术特征还有：所述罐压调节装置为自增压式罐压调节装置。

本实用新型的技术特征还有：所述储水装置为消防水储水装置。

本实用新型的技术特征还有：延伸进入到混合器的液氮输出管外表面上设有导流翅片。

本实用新型的技术特征还有：所述导流翅片为单头螺旋导流翅片或者多头螺旋导流翅片。

本实用新型的技术特征还有：所述导流翅片与液氮输出管的轴线夹角不为零度。

本实用新型的技术方案还有：一种消防车，包括底盘和连接在底盘上的车轮，所述底盘的一侧为驾驶舱，其特征在于：所述消防车还包括设置在底盘上方的灭火系统，所述灭火系统的结构如上所述。

本实用新型的有益效果在于：本系统将液氮和水混合后向外喷出氮气和水雾的混合体，该混合体在火源附近形成云雾状隔离，一方面水雾吸收热量后迅速被汽化，另一方面高速氮气覆盖在火源上，抑制了燃烧中氧化反应速度，有效隔绝了氧气，该灭火方法同时具有水喷淋和惰性气体灭火的双重作用和优点，且使用后对火源处环境无污染，具有环保高效之优点；该灭火系统和以及设有该灭火系统的消防车结构简单，成本造价低，符合长距离、高效灭火的需要。

附图说明

附图1是灭火系统结构示意图，附图2是混合器结构示意图，其中1是液氮储罐，2是自增压结构，3是液氮输出管，4是消防水系统，5是水输出管，6是弥雾暴流装置，7是固态粉状灭火器，8是混合器，81是外壳，811是大径段，812是变径段，813是小径段，82是变径管，821是缩径段，822是窄喉部，823是扩径段，9是喷射口。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行说明。

低温状态下的（温度不高于-196℃）液氮一旦吸热，将立即气化为氮气，该过程一方面表现为体积的迅速膨胀（经测算，体积可膨胀变大约700倍），另一方面表现为能量的快速释放，该释能过程可将释能过程中遇到的水击碎成粒径极小的水雾，并携带水雾远距离向外喷射，火源如果遇到该水雾和氮气的混合体，则在水和氮气隔氧双重作用下被扑灭，且相比于干粉类灭火器，由于氮气的迅速挥发，剩余在火源现场的仅有少量水，故该种灭火方式不会对环境造成污染。

基于以上原理而形成一种灭火方法，该方法包括：

1）液氮流在混合器中吸热后至少部分气化成为氮气流；

2）氮气流高速撞击水流后，形成氮气与水雾的混合体；

3）氮气与水雾的混合体经混合器的喷射口朝向火源射出并在火源附近形成云雾状隔离层，隔绝氧气并降低火源处的温度，以达到灭火目的。

为增加灭火时的喷射距离，以达到更好灭火效果，使氮气与水雾的混合体经混合器的喷射口高速朝向火源射出并在火源附近形成云雾状隔离层，以适应长距离灭火的需要。

本实用新型的灭火系统包括液氮储存部分和供水部分，液氮储存部分包括液氮储罐1、与液氮储罐1连接的罐压调节装置（该罐压调节装置可采用自增压结构2）和液氮输出管3，该自增压结构2将部分液氮吸热气化后以低温气态压缩到液氮储罐1中，以增加液氮所含能量。供水部分可直接采用建筑物等的消防水系统，当然也可单独设置储水罐等用于水的储存，该供水部分包括水输出管5。液氮输出管3和水输出管5均连接至混合器8内，在混合器8中实现液氮和水的混合，混合器8还设有向外喷射氮气和水雾混合体的喷射口9。

本实施例中，混合器8包括外壳81，外壳81包括大径段811、变径段812和小径段813，大径段811靠近液氮输出管3和水输出管5，小径段813靠近喷射口，大径段811与小径段813由变径段812连接。

水输出管与外壳连通，液氮输出管与位于外壳81内的变径管82连接，变径管82依次包括缩径段821、窄喉部822和扩径段823，且变径管82位于大径段811内。这样，液氮在进入外壳81后迅速吸热而成气态氮，气态氮在压力推动下进入变径管82中，按照流体力学原理，低速流体在管内流动，管截面小处流速大，管截面大时流速小，故气态氮在缩径段821获得持续加速，到达窄喉部822处其速度已经超过音速，由此再进入扩径段823时，其速度反而随扩径段的截面增大而再次获得加速。

水由扩径段823的边缘进入变径管82，被超音速下氮气混合携带向喷射口9方向推进，在此过程中，水在超音速氮气冲击和互撞下变为体积细小的水雾，同时氮气进一步吸收水中热量，氮气升温至接近0℃。在升温过程中氮气再次膨胀做功，增加了混合体的动能，并最终高速从喷射口9喷出。

考虑到换热效果，延伸进入到混合器8的液氮输出管外表面上设有导流翅片，导流翅片为单头螺旋导流翅片或者多头螺旋导流翅片，也可将导流翅片设计成与液氮输出管的轴线夹角不为零度。通过导流翅片，增加液氮与水流的换热面积，提升液氮的气化效果。

该系统同时还配备固态粉状灭火器7，可根据火情选择使用，以大大提高灭火效率。

实际使用中，采用自增压结构2将液氮加压至2.5Mpa，向外喷出的氮气和水雾的速度可达400m/s；商品液氮进入液氮储罐1，如果液氮储罐1为深冷混合器，液氮日蒸发率符合标准要求，完全可满足需要。

经过计算，流量为1kg/s的液氮经吸收水和大气环境的热量，在相变和升温至0℃的过程中，用于做功的最大机械能约为654KJ/kg，而提供同样654KJ机械能需要压缩氮气的流量为8kg/s，或说压缩氮气提供的机械能仅为同质量液氮提供的机械能的八分之一。

本实用新型还公开了一种消防车，该消防车包括底盘和连接在底盘上的车轮，底盘的一侧为驾驶舱，消防车还包括设置在底盘上方、如上所述的灭火系统。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。