专利名称：一种电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置及方法
技术领域：
本发明涉及细水雾灭火技术，特别涉及一种电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置 及方法。
背景技术：
随着科学技术的进步，特别是发现卤代烷灭火剂对大气臭氧层有破坏作用以及 1987年《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》签署之后，细水雾灭火技术作为哈龙 主要替代技术之一得到各界的关注和青睐，细水雾灭火技术在20世纪90年代才得到飞跃 性地发展。对于细水雾的生成方式，目前主要有高压细水雾、双相流细水雾两种技术应用 到消防领域。传统的雾化方式都有一个共同特点，水源或气源都需要一个足够高的压力 或者喷射速度才能达到所需粒径的细水雾，因此，现有的细水雾灭火装置都需要结合高 压管路的输送技术来使用且需要严格控制输送水位的精度，具有运输不便、水位精度要 求高、成本高等缺陷。公开号为CN 101229418A的中国发明专利公开了一种超声雾化灭火器，该灭 火器采用了普通超声雾化器作为雾化的主体，这种灭火器主要有两个方面的局限性从而 限制了这种灭火器的推广应用，一方面该灭火器需要对雾化头上的水位高度进行准确控 制，从而限制了其可移动性，另一方面，如果要将水雾从水箱中快速输送到着火点，过 程中会产生较严重的碰并，从而很难保持其粒径的分布状态，因此水雾的输送问题也限 制了该装置的应用。而现有的超声波雾化技术中，一般采用超声雾化器，超声雾化器属于一种常见 的浸入式雾化生成装置，使用时需要将雾化头浸入到水面之下，并在雾化头上维持一定 的水面高度，雾化头在水面下直接将高频机械振荡的能量传递给水，从而在高频空化作 用形成细水滴，水滴溢出水面后就形成细水雾，这种技术具有水位精度要求高、结构复 杂、使用不便等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、合理 的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，该装置采用超声喷嘴生成细水雾，并不需要对水 位的高度进行精确控制，另一方面，水雾直接在超声喷嘴处生成，也大大降低了水雾输 送的难度。本发明的另一目的在于提供由上述装置实现的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火方 法。为达上述目的，本发明采用如下的技术方案一种电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，包括超声喷嘴、喷雾控制装置、氮气 供给装置、供水系统以及供电系统，所述超声喷嘴、喷雾控制装置、供电系统依次通过
4信号线连接，供电系统与电源连接；氮气供给装置连接有供气管道，供气管道的另一端 穿过喷雾控制装置与超声喷嘴连接；供水系统连接有供水管道，供水管道的另一端穿过 喷雾控制装置与超声喷嘴连接；供水系统通过水泵供电线与供电系统连接。电源为可蓄 电电源，可直接连接到220V的工作电源上进行工作或充电，也可不连接到其他电源独立 为灭火装置供电。所述喷雾控制装置包括壳体以及置于壳体内部的喷雾控制按钮，所述喷雾控制 按钮设于与供电系统连接的信号线上，通过信号线对喷雾工作与否进行远程控制；所述 供气管道、供水管道分别穿过壳体与超声喷嘴连接。所述喷雾控制装置还包括置于壳体外的氮气控制阀门，氮气控制阀门设于供气 管道上。氮气控制阀门为机械或电子阀门，对氮气的输送大小进行控制。所述超声喷嘴包括喷嘴体以及设置于喷嘴体内部的喷嘴振芯和压电陶瓷换能 器，所述喷嘴体内部为一空腔，所述喷嘴振芯与喷嘴体端部一体连接，且喷嘴振芯与喷 嘴体之间设有氮气出口；喷嘴振芯的中心位置设有进水通道，进水通道的一端口为与供 水管道连接的水入口；喷嘴体上设有氮气通道，氮气通道与喷嘴体内部空腔、氮气出口 相互连通，且氮气通道的进气口与供气管道连接；所述喷嘴振芯与压电陶瓷换能器连 接，压电陶瓷换能器与信号线连接。所述喷嘴体内壁上还连接有固定块，固定块与压电陶瓷换能器之间还设有密封 垫，固定块与喷嘴振芯之间还设有密封垫圈。所述喷嘴体在与喷嘴振芯连接的端部面为雾化面，所述的超声喷嘴端部的雾化 面在供电系统的高频振荡电信号的控制下，会产生高频振荡作用，令接触到雾化面的水 在高频振荡下形成细水雾。当液体流经超声喷嘴时，液体会在超声喷嘴的出口表面被雾化成细小液滴。供电系统可输出高频振荡电型号到超声喷嘴，该高频振荡电信号的频率可设定 为20kHz 3MHz中的任一频率。所述氮气供给装置包括装有氮气的氮气瓶，氮气瓶通过供气管道与超声喷嘴连 接。所述的氮气，一方面用于提供动量给细水雾，使细水雾抵达着火点部位灭火， 另一方面氮气同细水雾到达着火点部位时，氮气可以一定程度上隔绝氧气，实现窒息灭 火的作用。所述供水系统包括水箱以及置于水箱中的水泵，水泵通过供水管道与超声喷嘴 连接，且通过水泵供电线与供电系统连接。所述水泵固定于水箱底部。所述信号线为多芯信号线。所述供电系统采用现有技术的高频供电系统，可为超声喷嘴提供高频振荡电信号。由上述装置实现的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火方法将所述电子超声喷嘴雾 化细水雾灭火装置移动至着火点附近，按下喷雾控制装置的喷雾控制按钮，接通供电系 统电源，供电系统开始工作；一方面，供电系统通过信号线，将高频振荡电信号输出给 超声喷嘴的压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器在高频振荡电信号作用下产生高频机械振荡，并同时将高频机械振荡传递给喷嘴振芯，喷嘴振芯将高频机械振荡强化后传递到超 声喷嘴的雾化面，雾化面因此开始高频小幅度振动；另一方面，供电系统通过水泵供电 线将直流电流输出给供水系统中的水泵，水泵开始工作并将水箱中的水通过供水管道泵 送到超声喷嘴的水入口处，水通过进水通道流动至喷嘴体的端部，当水接触到高频小幅 度振动的超声喷嘴的头部的雾化面之后，立刻被雾化成粒径极细的水雾；然后开启氮 气供给装置的氮气瓶的阀门，氮气瓶中的氮气通过供气管道进入到超声喷嘴内部氮气通 道的进气口，并保持一定的动量将在超声喷嘴雾化面处形成的水雾吹出，使得氮气和细 水雾混合喷出形成灭火水雾，最后将成型的灭火水雾直接对准着火点处的火焰，实现灭 火。本发明的工作原理本发明是运用电子高频震荡原理，在超声喷嘴内的压电陶 瓷换能器上通过一定频率的振荡电流，产生高频电能信号，然后超声喷嘴内的压电陶瓷 换能器将其转换为超声机械振动(即超声波)，这种振动效果传递给液体后，使得在液体 内部发生空化作用，在这种液体内部的高频空化作用下，大量细小的液滴被抛出液面， 从而形成极细的水雾。使用时，水被输送至超声喷嘴处，超声喷嘴在供电系统(高频振 荡供电系统)的作用下将水雾化成极细水滴，该水滴在氮气的作用下可直达着火点，从 而进行细水雾的灭火工作。超声喷嘴与超声雾化器比较，超声喷嘴是直接将高频机械能传递至喷嘴头部， 液体被输送到喷嘴头部后，立即在喷嘴头部被雾化，细雾在辅助气的作用下被吹出即形 成可方便使用的细水雾。与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果1、本发明采用超声波技术实现其细水雾的形成，无需结合需高压管路及系统技 术，可有效地减少灭火装置对高压管路及喷嘴的要求，与高压细水雾、双相流细水雾技 术相比，具有输送方便、成本低等优点。2、本发明采用电子超声波雾化机理，能够在相对温和的情况下形成极细的细水雾。3、同现有超声雾化技术相比，本发明生成细水雾后可直接喷向着火点，减少了 水雾输送的过程，大大减小了水雾在输送过程中出现的碰并现象。4、同现有超声雾化技术相比，本装置无需精确的水位控制装置，同高压细水 雾、双相流细水雾技术相比，本装置无需复杂的加压装置，这些使得本装置在移动灭火 方面具有极大的优势，能够充分发挥主动灭火的优点。
图1是本发明装置的结构示意图。图2是图1所示超声喷嘴的结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不 限于此。实施例
如图1所示，本电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，包括超声喷嘴2、喷雾控制 装置3、氮气供给装置、供水系统以及供电系统7，所述超声喷嘴2、喷雾控制装置3、供 电系统7依次通过信号线6连接，供电系统7与电源8连接；氮气供给装置连接有供气管 道4，供气管道4的另一端穿过喷雾控制装置3与超声喷嘴2连接；供水系统连接有供水 管道5，供水管道5的另一端穿过喷雾控制装置3与超声喷嘴2连接；供水系统通过水泵 供电线9与供电系统7连接。电源8为可蓄电电源，可直接连接到220V的工作电源8上 进行工作或充电，也可不连接到其他电源8独立为灭火装置供电。所述喷雾控制装置3包括壳体以及置于壳体内部的喷雾控制按钮，所述喷雾控 制按钮设于与供电系统7连接的信号线6上，通过信号线6对喷雾工作与否进行远程控 制；所述供气管道4、供水管道5分别穿过壳体与超声喷嘴2连接。所述喷雾控制装置3还包括置于壳体外的氮气控制阀门，氮气控制阀门设于供 气管道4上。氮气控制阀门为机械或电子阀门，对氮气的输送大小进行控制。如图2所示，所述超声喷嘴2包括喷嘴体以及设置于喷嘴体内部的喷嘴振芯15、 压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器为两个，分别为压电陶瓷换能器16和压电陶瓷换能器 20，所述喷嘴体内部为一空腔，所述喷嘴振芯与喷嘴体端部一体连接，且喷嘴振芯15与 喷嘴体之间设有氮气出口 22;喷嘴振芯的中心位置设有进水通道，进水通道的一端口为 与供水管道连接的水入口 18;喷嘴体上设有氮气通道，氮气通道与喷嘴体内部空腔、氮 气出口相互连通，且氮气通道的进气口 19与供气管道4连接；所述喷嘴振芯15与压电 陶瓷换能器16连接，喷嘴振芯15的外周设有一凸台，压电陶瓷换能器16连接于凸台的 端面；压电陶瓷换能器16与压电陶瓷换能器20连接，压电陶瓷换能器20与信号线6连 接，进而通过信号线6与喷雾控制装置3、供电系统7连接。所述喷嘴体内壁上还连接有固定块，固定块与压电陶瓷换能器之间还设有密封 垫17，固定块与喷嘴振芯之间还设有密封垫圈21。所述喷嘴体在与喷嘴振芯15连接的端部面为雾化面14，所述的超声喷嘴端部的 雾化面14在高频振荡电信号的控制下，会产生高频振荡作用，令接触到雾化面14的水在 高频振荡下形成细水雾。供电系统7可输出高频振荡电信号到超声喷嘴2，该高频振荡电信号的频率可设 定为20kHz 3MHz中的任一频率。所述氮气供给装置包括装有氮气的氮气瓶12，氮气瓶12通过供气管道4与超声 喷嘴2连接。所述的氮气，一方面用于提供动量给细水雾，使细水雾抵达着火点部位灭火， 另一方面氮气同细水雾到达着火点部位时，氮气可以一定程度上隔绝氧气，实现窒息灭 火的作用。所述供水系统包括水箱10以及置于水箱10中的水泵11，水泵11通过供水管道 5与超声喷嘴2连接，且通过水泵供电线9与供电系统7连接。所述水泵11固定于水箱10底部。所述信号线6为多芯信号线6。所述供电系统7采用现有技术的高频供电系统，可为超声喷嘴提供高频振荡电信号。
由上述装置实现的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火方法将所述电子超声喷嘴雾 化细水雾灭火装置移动至着火点附近，按下喷雾控制装置3的喷雾控制按钮，接通供电 系统电源，供电系统7开始工作；一方面，供电系统7通过信号线6，将高频振荡电信号 输出给超声喷嘴2的压电陶瓷换能器16和压电陶瓷换能器20，压电陶瓷换能器在高频振 荡电信号作用下产生高频机械振荡，并同时将高频机械振荡传递给喷嘴振芯15，喷嘴振 芯15将高频机械振荡强化后传递到超声喷嘴2的雾化面14，雾化面14因此开始高频小 幅度振动；另一方面，供电系统7通过水泵供电线9将直流电流输出给供水系统中的水泵 11，水泵11开始工作并将水箱10中的水通过供水管道5泵送到超声喷嘴2的水入口 18 处，水通过进水通道流动至喷嘴体的端部，当水接触到高频小幅度振动的超声喷嘴2的 头部的雾化面14之后，立刻被雾化成粒径极细的水雾；然后开启氮气供给装置的氮气瓶 的阀门，氮气瓶中的氮气通过供气管道4进入到超声喷嘴2内部氮气通道的进气口 19，并 保持一定的动量将在超声喷嘴雾化面14处形成的水雾吹出，使得氮气和细水雾混合喷出 形成灭火水雾1，最后将成型的灭火水雾1直接对准着火点处的火焰13，实现灭火。本发明的工作原理本发明是运用电子高频震荡原理，在超声喷嘴2内的压电 陶瓷换能器16和压电陶瓷换能器20上通过高频的振荡电流，压电陶瓷换能器将其转换为 超声机械振动(即超声波)，这种振动效果传递给液体后，使得液体被高频机械振动撕碎 成极小的液滴，并被抛出液面，从而在喷头附近形成极细的水雾。使用时，水被输送至 超声喷嘴2处，超声喷嘴2的雾化面14在供电系统7产生的高频振荡电信号的作用下将 水雾化成极细水滴，该水滴在氮气的作用下可直达着火点的火焰13，从而进行细水雾的 灭火工作。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例 的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组 合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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权利要求
1.一种电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于包括超声喷嘴、喷雾控制 装置、氮气供给装置、供水系统以及供电系统，所述超声喷嘴、喷雾控制装置、供电系 统依次通过信号线连接，供电系统与电源连接；氮气供给装置连接有供气管道，供气管 道的另一端穿过喷雾控制装置与超声喷嘴连接；供水系统连接有供水管道，供水管道的 另一端穿过喷雾控制装置与超声喷嘴连接；供水系统通过水泵供电线与供电系统连接。
2.根据权利要求1所述的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于所述喷 雾控制装置包括壳体以及置于壳体内部的喷雾控制按钮，所述喷雾控制按钮设于所述信 号线上；所述供气管道、供水管道分别穿过壳体与超声喷嘴连接。
3.根据权利要求2所述的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于所述喷 雾控制装置还包括置于壳体外的氮气控制阀门，氮气控制阀门设于供气管道上。
4.根据权利要求2所述的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于所述超 声喷嘴包括喷嘴体以及设置于喷嘴体内部的喷嘴振芯和压电陶瓷换能器，所述喷嘴体内 部为一空腔，所述喷嘴振芯与喷嘴体的端部一体连接，且喷嘴振芯与喷嘴体之间设有氮 气出口；喷嘴振芯的中心位置设有进水通道，进水通道的一端口为与供水管道连接的水 入口；喷嘴体上设有氮气通道，氮气通道与喷嘴体内部空腔、氮气出口相互连通，且氮 气通道的进气口与供气管道连接；所述喷嘴振芯与压电陶瓷换能器连接，压电陶瓷换能 器与信号线连接。
5.根据权利要求4所述的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于所述喷 嘴体内壁上还连接有固定块，固定块与压电陶瓷换能器之间还设有密封垫，固定块与喷 嘴振芯之间还设有密封垫圈。
6.根据权利要求4所述的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于所述氮 气供给装置包括装有氮气的氮气瓶，氮气瓶通过供气管道与超声喷嘴连接。
7.根据权利要求6所述的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于所述供 水系统包括水箱以及置于水箱中的水泵，水泵通过供水管道与超声喷嘴连接，且通过水 泵供电线与供电系统连接。
8.根据权利要求7所述的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于所述水 泵固定于水箱底部。
9.根据权利要求1所述的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置，其特征在于所述信 号线为多芯信号线。
10.由权利要求8所述装置实现的电子超声喷嘴雾化细水雾灭火方法，其特征在于 将所述电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置移动至着火点附近，按下喷雾控制装置的喷雾 控制按钮，接通供电系统电源，供电系统开始工作；一方面，供电系统通过信号线，将 高频振荡电信号输出给超声喷嘴的压电陶瓷换能器，压电陶瓷换能器在高频振荡电信号 作用下产生高频机械振荡，并同时将高频机械振荡传递给喷嘴振芯，喷嘴振芯将高频机 械振荡强化后传递到超声喷嘴的雾化面，雾化面因此开始高频振动；另一方面，供电系 统通过水泵供电线将直流电流输出给供水系统中的水泵，水泵开始工作并将水箱中的水 通过供水管道泵送到超声喷嘴的水入口处，水通过进水通道流动至喷嘴体的端部，当水 接触到高频振动的超声喷嘴的头部的雾化面之后，立刻被雾化成粒径极细的水雾；然后 开启氮气供给装置的氮气瓶的阀门，氮气瓶中的氮气通过供气管道进入到超声喷嘴内部的氮气通道的进气口，并保持一定的动量将在超声喷嘴雾化面处形成水雾吹出，使得氮 气和细水雾混合喷出形成灭火水雾，最后将成型的灭火水雾直接对准着火点处的火焰， 实现灭火。
全文摘要
本发明提供了一种电子超声喷嘴雾化细水雾灭火装置及方法，该装置包括超声喷嘴、喷雾控制装置、氮气供给装置、供水系统以及供电系统，所述超声喷嘴、喷雾控制装置、供电系统依次通过信号线连接，供电系统与电源连接；氮气供给装置连接有供气管道，供气管道的另一端穿过喷雾控制装置与超声喷嘴连接；供水系统连接有供水管道，供水管道的另一端穿过喷雾控制装置与超声喷嘴连接；供水系统通过水泵供电线与供电系统连接。本发明采用超声波技术实现其细水雾的形成，无需结合需高压管路及系统技术，可有效地减少灭火装置对高压管路及喷嘴的要求，具有输送方便、成本低等优点。
文档编号A62C35/02GK102019060SQ20101059739
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者刘建勇, 姚浩伟, 李盈宇, 李继波, 梁栋, 沈浩, 王海蓉, 莫善军, 董文莉, 费凡, 赵哲 申请人:中山大学