填充二氧化碳水合物的灭火器及其应用的制作方法

技术领域:

本发明属于二氧化碳水合物应用和灭火装备技术领域，具体涉及一种填充二氧化碳水合物的灭火器及其应用。

背景技术：
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二氧化碳水合物是水和二氧化碳在低温、高压条件下形成的一种较为特殊的晶体化合物。在二氧化碳水合物中，水分子借助较强的氢键形成主体结晶笼子结构，笼子结构中充满了二氧化碳分子，而其填满的程度则取决于体系的温度、压力和过冷度。目前对二氧化碳水合物作用的研究热点集中在使用水合物法储存和固定二氧化碳，以减缓全球温室效应。

现在市场中灭火器的填充物为二氧化碳，二氧化碳灭火器主要依靠窒息作用和部分冷却作用灭火，二氧化碳具有较高的密度，约为空气的1.5倍。在常压下，液态的二氧化碳会立即汽化，一般1kg的液态二氧化碳可产生约0.5立方米的气体。因而，灭火时，二氧化碳气体可以排除空气而包围在燃烧物体的表面或分布于较密闭的空间中，降低可燃物周围或防护空间内的氧浓度，产生窒息作用而灭火。另外，二氧化碳从储存容器中喷出时，会由液体迅速汽化成气体，而从周围吸收部分热量，起到冷却的作用。按照二氧化碳填充物类型/形式主要分为三种灭火器，即干粉灭火器、泡沫灭火器以及液态二氧化碳灭火器。这几种灭火器适用于不同物质发生的火灾，其原理和结构也各不相同。干粉灭火器主要适用于扑救石化类易燃品、有机溶剂以及电气设备的火灾；泡沫灭火器主要适用于油类等极性溶剂的火灾；二氧化碳灭火器主要适用于电器、贵重物品等引发的火灾。

以上三种灭火器多采用手持方式，在火灾现场应急使用。但都具有操作过程复杂，灭火器的维护成本高的问题。目前，还未有以二氧化碳水合物作为填充物的灭火器。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种填充二氧化碳水合物的灭火器及其应用，通过在灭火时释放出二氧化碳水合物颗粒，使燃烧物周围的温度得到控制，水合物分解出的二氧化碳气体和水来使燃烧熄灭，并具有防止火灾复燃的作用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种填充二氧化碳水合物的灭火器，该灭火器内的填充物为二氧化碳水合物颗粒，所述二氧化碳水合物颗粒的粒径为0.5～1.0cm。

所述二氧化碳水合物由二氧化碳气体和水组成，二氧化碳和水的摩尔比为1：(5.75～6.25)。

该灭火器包括钢瓶、二氧化碳水合物颗粒、虹吸管和喷嘴；其中：所述二氧化碳水合物颗粒填充于所述钢瓶内部，所述钢瓶内还设有虹吸管，虹吸管的末端与所述喷嘴相连接；二氧化碳水合物颗粒经过虹吸管后经喷嘴喷出；所述喷嘴为变径结构管体，其粗端连接虹吸管，二氧化碳水合物颗粒从其细端喷出。该喷嘴的变径结构设计能够保证二氧化碳水合物灭火时的精准喷射。

该灭火器还包括压把、托把、安全阀和压力表；所述压力表用于监测钢瓶内压力；所述托把用于使用灭火器时手部的拖持；所述压把用于使二氧化碳水合物从钢瓶内喷出；所述安全阀用于自动控制灭火器达到安全压力范围。

所述填充二氧化碳水合物的灭火器的应用，该灭火器储存于10～15℃和5～10mpa的条件下备用；使用时，开启灭火器阀门，喷射嘴朝向火焰方向下方燃烧物，灭火器在压力作用下自然喷射出二氧化碳水合物颗粒，水合物分解出的二氧化碳和水配合降温作用使火焰熄灭。

该灭火器针对非极性溶剂引发的火灾具有明显扑灭效果，如森林火灾。

所述二氧化碳水合物颗粒的制备包括如下步骤：

(1)将水置于不锈钢密闭容器内，水的温度控制为0～1℃，防止水凝结成冰；

(2)将二氧化碳气体通入不锈钢密闭容器，使容器内气体压强达到3mpa，同时搅拌容器中的水，加快二氧化碳水合物的生成；

(3)维持容器内二氧化碳气体的压强，直到容器中能够绝大部分的水转化为水合物；

(4)在-50～-60℃的低温环境下开启不锈钢密闭容器，取出二氧化碳水合物，将取出的二氧化碳水合物碾碎成直径为0.5～1.0cm得到所述二氧化碳水合物颗粒。

本发明的设计原理如下：

本发明在相对低温高压的条件下以水和二氧化碳作为原料制备二氧化碳水合物，并以其为填充物制造新型灭火器，所填充的二氧化碳水合物对人体无毒无害，水与二氧化碳生成水合物的反应为物理反应，而非化学反应。标准大气压，0℃的条件下，其可容纳体积比为160倍的二氧化碳气体。利用二氧化碳水合物颗粒这种具有非常大的气体包含性的特点，使其在分解时释放出大量的二氧化碳气，隔绝氧气，达到灭火的效果。同时分解出来的水以及分解时吸热所带来的降温效应，同样有助于扑灭火焰。

二氧化碳水合物是由水分子的氢键构成的笼状结构中包含一个二氧化碳分子所形成的结晶，其物理性状与冰相似。在10～15℃和5～10mpa的条件下，二氧化碳水合物处于热力学上的稳定状态，只要维持这种储存状态，水合物就不会分解，降低了这种新型灭火器的维护成本。

本发明中，将二氧化碳水合物颗粒直接填充到灭火器中，使其在灭火过程中喷射出来。填充后储存于10～15℃，5～10mpa的条件下备用。使用时，开启灭火器阀门，喷射嘴朝向火焰方向下方燃烧物，所填充的二氧化碳水合物在压力作用下自然喷出，使火焰熄灭。

本发明的优点在于：

1、首次在灭火器中使用二氧化碳水合物作为填充物，在使用时喷射出的二氧化碳水合物分解成二氧化碳气体和水，以及其吸热效应，起到灭火的作用。

2、有效的防止了火灾复燃。

3、二氧化碳水合物生成方法简单，便于大规模低成本生产。生产原料无毒无害、清洁、价格低廉，产品生产程序简单，易于大规模投产。

4、本发明填充了二氧化碳水合物的灭火器可以在灭火时释放出二氧化碳气体和水，在针对非极性溶剂引发火灾的扑救上有明显效果。同时水合物分解所吸收的高达60～70kj/mol的热量极大程度上降低了火灾现场燃烧物附近的温度，对火灾扑灭和防止复燃有明显效果。对于如森林火灾等特定类型的火灾有很好的扑灭效果。

5、填充二氧化碳水合物的新型灭火器方便储存，维护成本低。

附图说明：

图1为二氧化碳水合物颗粒样品的外观。

图2为填充二氧化碳水合物颗粒的灭火器结构图。

图3为本发明灭火器喷嘴结构图。

图中：1-压把；2-托把；3-安全阀；4-喷嘴；41-喷嘴粗端；42-喷嘴细端；5-钢瓶；6-二氧化碳水合物颗粒；7-虹吸管。

具体实施方式:

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明是采用粒径0.5～1.0cm的二氧化碳水合物颗粒作为灭火器的填充物，所述二氧化碳水合物颗粒的制备以及灭火器的制备和填充过程如下：

1、二氧化碳水合物颗粒的制备：

(1)将水置于不锈钢密闭容器内，水的温度控制为0～1℃，防止水凝结成冰；

(2)将二氧化碳气体通入不锈钢密闭容器，使容器内气体压强达到3mpa，同时搅拌容器中的水，加快二氧化碳水合物的生成；

(3)维持容器中的压强在3mpa，不断通入二氧化碳气体直到容器中绝大部分的水转化为二氧化碳水合物；

(4)在-50℃时开启不锈钢密闭容器，取出二氧化碳水合物，将取出的二氧化碳水合物碾碎成颗粒粒径为0.5～1.0cm的二氧化碳水合物颗粒，其形貌如图1所示。

2、填充二氧化碳水合物颗粒的新型灭火器的结构及使用方法：

如图2所示，该灭火器包括钢瓶5、二氧化碳水合物颗粒6、虹吸管7和喷嘴4；所述二氧化碳水合物颗粒6填充于所述钢瓶5内部，虹吸管7的末端与所述喷嘴4相连接；二氧化碳水合物颗粒6经过虹吸管后经喷嘴喷出；所述喷嘴4为变径结构管体，如图3所示，喷嘴粗端41连接虹吸管7，二氧化碳水合物颗粒从喷嘴细端42喷出。该喷嘴的变径结构设计能够保证二氧化碳水合物灭火时的精准喷射。

该灭火器还包括压把1、托把2、安全阀3和压力表；所述压力表用于监测钢瓶内压力；所述托把2用于使用灭火器时手部的托持；所述压把1使二氧化碳水合物从钢瓶内喷出；所述安全阀3用于用于自动控制灭火器达到安全压力范围。

使用时先确认钢瓶内压力正常，拔掉安全阀，一手托住托把，另一手持喷嘴，朝向火焰方向，按下压把。固态的二氧化碳水合物颗粒填充物因为钢瓶内的高压通过虹吸管由喷嘴喷出，通过水合物分解出来的二氧化碳和水以及分解附带的降温作用来灭火。

实施例1

将直径0.5～1.0cm的二氧化碳水合物颗粒填充到灭火器中。在10～15℃和5～10mpa条件下，水合物得以稳定地保存在灭火器中，在需要灭火时使用。只要保持该温度压力条件，无需其他的维护成本。灭火器充分使用完毕，灌入新制备的二氧化碳水合物颗粒，即可继续使用。

实施例2

使用实施例1中的灭火器扑灭森林火灾时，去掉安全阀，手持喷射嘴对准如数木屑等火灾燃烧物，按下喷射阀门，所填充的二氧化碳水合物颗粒在压力作用下喷射出灭火器。由于燃烧物周围处于常压高温环境，水合物迅速分解，释放出二氧化碳和水，起到隔绝氧气和降低温度的作用，从而扑灭火焰。同时，水合物分解时吸收大量的热，降低了火焰周围的温度，有助于重点局部的灭火效果。在火焰熄灭之后，附着在树枝木屑上的水以及二氧化碳水合物不断分解而产生的二氧化碳气体对火灾的复燃有明显阻断作用。

对比例1

目前市面上常见的几种类型的灭火器对火灾扑灭具有局限性，每种类型的灭火器只针对若干独特类型有效。和本发明要求中所述的利用水合物强大的气体含有性的特点，制成一种可以在灭火时同时产生二氧化碳气体和水，以及降温效果的装置有较大的效果差异。同时，市面常见的灭火器维护成本较高，若维护不及时可能导致灭火效果降低。

以上提供的实施例仅仅是解释说明的方式，不应认为是对本发明的范围限制，任何根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内。