專利名稱：用于滅火的惰性氣體發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滅火裝置特別是一種在短時(shí)間內(nèi)制造大量低氧含量惰性氣體的氣體發(fā)生裝置。本發(fā)明還涉及一種安裝了這種用于滅火的氣體發(fā)生裝置的車輛。
但是，在將水作為滅火劑時(shí)，為了完全滅火需要將水噴灑在所有著火物質(zhì)表面，這樣會(huì)延長(zhǎng)滅火時(shí)間，因此引發(fā)需要將大量的水運(yùn)至火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜問題，這不可避免的會(huì)使救火工作變得很不經(jīng)濟(jì)。
另一方面，即使使用諸如二氧化碳、氮?dú)狻⒐?301(Halon1301)、泡沫之類的滅火物質(zhì)可以臨時(shí)滅火，但它們的造價(jià)相對(duì)過高，通常用于小范圍火災(zāi)最初滅火的情況。因此，在現(xiàn)有的大多數(shù)的滅火物質(zhì)中，除了水還沒有什么物質(zhì)可以成功有效地應(yīng)用于大范圍的滅火當(dāng)中。
噴淋滅火系統(tǒng)作為滅火裝置可有效的用于大型建筑的滅火當(dāng)中。噴淋滅火系統(tǒng)包括將工作液體加壓的液壓泵，激活火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、連接液壓泵的閥門，將水噴灑到房間內(nèi)的噴嘴和噴頭。這里噴淋器包括一個(gè)可在事先設(shè)定的室溫條件下熔化的可熔連接以及一個(gè)以一定的角度噴灑壓縮液體的導(dǎo)流裝置。
但是，這種形式的滅火裝置的不利之處在于它需要利用液壓泵傳送高壓流體，因而會(huì)消耗大量的水。有時(shí)這種裝置會(huì)因?yàn)槌掷m(xù)上升的內(nèi)部溫度而失效，因此需要大量的時(shí)間用于滅火。實(shí)際上，已經(jīng)提出各種用于初始滅火的方案以及對(duì)現(xiàn)有方案的改進(jìn)方案。
例如，美國(guó)專利第4,113,019號(hào)披露了一種使用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(turbo jet engine)的惰性氣體滅火裝置。根據(jù)此項(xiàng)專利，發(fā)生裝置中的后燃燒室出口處安裝擴(kuò)散器，減壓室安裝在后燃燒室和擴(kuò)散器之間。在減壓室上安有一個(gè)支管，用于從外界將惰性氣體例如氮?dú)庖氲綔p壓室中。進(jìn)入減壓室的壓縮惰性氣體經(jīng)過解壓，然后噴灑到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。擴(kuò)散器會(huì)將氟利昂氣體引入到排空惰性氣體中，以增加滅火效率。
但是，美國(guó)專利第4,113,019號(hào)實(shí)際沒有敘述一種本身生產(chǎn)作為滅火劑的惰性氣體的裝置，而是敘述了一種簡(jiǎn)單的相關(guān)路徑，利用這種路徑將利用其它機(jī)構(gòu)制造出的高動(dòng)能的惰性氣體噴入到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。這種機(jī)構(gòu)是將氮?dú)夂头鹤鳛槎栊詺怏w，這樣會(huì)增加滅火的造價(jià)，并且會(huì)對(duì)環(huán)境有害。
國(guó)際專利早期公開第WO-9318823號(hào)披露了一種用于滅火的燃?xì)馐綔u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(turbo jet gas turbine)。此燃?xì)馐綔u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是利用位于氣體渦輪機(jī)(gas turbine)出口的高動(dòng)量，將水噴入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)降低排出氣體的溫度。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)常用于特殊場(chǎng)合，例如在油井滅火時(shí)用于臨時(shí)切斷從空氣中將氧氣夾帶到著火物體上的通道，但是眾所周知使用這種滅火裝置的不利因素在于會(huì)耗費(fèi)大量的水。
蘇聯(lián)專利第SU-1724275號(hào)披露了一種在像飛機(jī)場(chǎng)一樣的特殊場(chǎng)合中使用的滅火裝置，這種裝置利用由壓縮機(jī)產(chǎn)生的高溫壓縮空氣，將粉狀惰性氣體噴灑在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。但是，這種系統(tǒng)需要提供一個(gè)單獨(dú)的電源，因此很難長(zhǎng)時(shí)間的使用這種滅火裝置，更不用提大量的制造這種惰性氣體的困難程度。
同樣，中國(guó)專利第CN-1110184號(hào)披露了一種驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)的發(fā)生裝置。這種發(fā)生裝置傾向于利用水泵將大量的水送至火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)用于滅火，但是通常，這種裝置與傳統(tǒng)的救火車相似，因而同樣存在上面所描述的其它裝置的缺點(diǎn)。
德國(guó)專利第DE-19625559號(hào)披露了一種滅火系統(tǒng)，是在有限空間中采用小體積的氣體渦輪機(jī)。例如，這里的有限空間可以是船的發(fā)動(dòng)機(jī)艙或者小尺寸的建筑物。這種裝置從空氣中得到氮?dú)夂脱鯕?，二者反?yīng)生成氮?dú)夂退玫玫降纳晌餃缁?。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)物中不包含像二氧化碳之類對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)，因此對(duì)環(huán)境十分有利。但是，眾所周知這種裝置制造程序復(fù)雜，并且很難制造大量的氮?dú)夂退?，因此很難面對(duì)大范圍的火災(zāi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決迄今帶來的問題，主要目的是提供一種惰性氣體發(fā)生裝置以及其相關(guān)的采用了氣體渦輪機(jī)渦輪發(fā)生器(turbogenerator gas turbine)的滅火裝置。
除此之外，還可以通過在燃?xì)馐綔u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以及后燃燒室中將空氣作為初相燃燒，以得到大量的低氧含量以及低溫的惰性氣體。
前面提到的目標(biāo)可以通過采用用于滅火的惰性氣體發(fā)生裝置解決。這種裝置包括一臺(tái)氣體渦輪機(jī)，包括用于驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)，一臺(tái)壓縮機(jī)，與上述啟動(dòng)電機(jī)相聯(lián)接，一個(gè)燃燒室，與燃料泵連接以燃燒上述壓縮機(jī)中的氣體，以及一個(gè)渦輪，安裝在燃燒室出口，用于提供膨脹能量；一個(gè)后燃燒室，聯(lián)接在渦輪出口處，通過放空閥與壓縮機(jī)相連，將來自壓縮機(jī)的空氣進(jìn)行燃料霧化以及對(duì)空氣進(jìn)行二次燃燒，一旦在燃燒室中燃燒，通過渦輪提供燃燒空氣，并且燃燒室中還存在穩(wěn)定二次燃燒火焰的火焰穩(wěn)定劑；一個(gè)冷卻室，包圍在后燃燒室周圍，用于移走后燃燒室的燃燒熱量，并通過噴嘴將水噴入燃燒氣體中以降低氣體溫度；一臺(tái)蒸發(fā)器，安裝在冷卻室的出口用于進(jìn)一步冷卻已經(jīng)被冷卻室和噴嘴冷卻的氣體；一個(gè)排空噴嘴，用于將上述蒸發(fā)器中已被冷卻的惰性氣體噴灑到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)；以及一臺(tái)控制器，用于控制啟動(dòng)電機(jī)，燃料泵，以及燃燒室和后燃燒室。
根據(jù)本發(fā)明，惰性氣體發(fā)生裝置包含啟動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)，使氣體發(fā)生裝置在低速范圍內(nèi)沒有足夠的能量用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)和燃料泵系統(tǒng)時(shí)，用于提供氣體發(fā)生裝置達(dá)到自維持速度的足夠能量。這種啟動(dòng)電機(jī)會(huì)當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到自維持速度時(shí)與系統(tǒng)分離。
圖2給出了

圖1中的惰性氣體發(fā)生裝置中的蒸發(fā)器的透視圖。
圖3給出了圖1中的惰性氣體發(fā)生裝置安裝在可移動(dòng)車輛上的透視圖。
如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施例表示的惰性氣體發(fā)生裝置包含一個(gè)氣體渦輪機(jī)10。氣體渦輪機(jī)10由啟動(dòng)電機(jī)12啟動(dòng)。啟動(dòng)電機(jī)12在最初的驅(qū)動(dòng)速度范圍內(nèi)提供壓縮機(jī)以及其它輔助系統(tǒng)足夠的能量，直到發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到自維持速度。當(dāng)達(dá)到自維持速度后，啟動(dòng)電機(jī)會(huì)與氣體渦輪機(jī)分離。
一臺(tái)壓縮機(jī)，與啟動(dòng)電機(jī)之間機(jī)械耦合，壓縮從大氣中得到的空氣。離心壓縮機(jī)或者軸向壓縮機(jī)都可以用在這種構(gòu)造當(dāng)中。利用通常稱為“喇叭口”的空氣吸入器16將空氣吸入到壓縮機(jī)中。為了使壓縮機(jī)14的壓力損失降到最小，很有必要設(shè)置空氣吸入裝置16。利用機(jī)械方法將渦輪18與壓縮機(jī)14相聯(lián)接，以彌補(bǔ)壓縮機(jī)以及其它輔助設(shè)備的負(fù)荷。
一個(gè)燃燒室20，安裝在壓縮機(jī)14與渦輪18之間。除了下面詳細(xì)闡述的泄漏到后燃燒室的氣體，其余的壓縮氣體都會(huì)在燃燒室20中燃燒。通常，燃料泵22與燃燒室20相聯(lián)接，并給燃燒室提供燃料。
一個(gè)后燃燒室24，與渦輪18相聯(lián)接，通過二次燃燒從燃燒室20中出來的氣體，降低氣體中的氧氣含量。后燃燒室中24包括一個(gè)與渦輪機(jī)18的出口完全聯(lián)接的火焰穩(wěn)定裝置26，用于穩(wěn)定燃燒室20的火焰。燃料泵22與后燃燒室24相聯(lián)接，用于提供后燃燒室24的燃料。一個(gè)冷卻室30，包圍在后燃燒室周圍，以吸收后燃燒室外部氣缸的熱量，同時(shí)將水注入到靠近后燃燒室出口處的高溫氣體中。尤其，一部分已經(jīng)取出的壓縮氣體通過使燃料霧化的放空閥14注入后燃燒室。
幾個(gè)噴嘴34，安放在冷卻室30的出口處或者蒸發(fā)器的前方，像下面詳細(xì)闡述的一樣，冷卻水霧降低從燃燒室和后燃燒室中出來的氣體溫度。使用順序聯(lián)接的水泵36，水箱38和供水閥40與噴嘴34相聯(lián)接，以控制冷卻水的流率。并且，噴嘴34以下面的方式安放在支管上注入水的方向與氣體流向成一定的角度。這種環(huán)繞在圓周方向的支管被固定在后燃燒室24的外部氣缸的內(nèi)表面上。
一臺(tái)蒸發(fā)器42，安置在冷卻室30的出口處，用于進(jìn)一步的降低已經(jīng)冷卻的氣體的溫度。一個(gè)抽空閥44，安置在蒸發(fā)器42的底部以放空冷卻過程中所使用的冷卻水。
以不同直徑的同心圓柱體46的形式建立蒸發(fā)器42，以增加熱交換的表面積。每一個(gè)特殊制造的圓柱體46都沿縱向距離，在圓周上存在由凹面48以及凸面50組成的粗糙表面。通過這種方式可以獲得更高的熱交換能力。所設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器42在最小縱向距離下的氣-液混合體的平均溫度范圍是100℃~150℃。
一個(gè)排空噴嘴52，安裝在蒸發(fā)器出口處，用于排出已蒸發(fā)的排出氣體(惰性氣體)。排空噴嘴52可以伸長(zhǎng)或者縮短以適應(yīng)惰性氣體到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的距離。
同時(shí)，對(duì)于本發(fā)明的惰性氣體發(fā)生裝置包括用于自控的控制器54?？刂破?4通過控制啟動(dòng)電機(jī)12，通過調(diào)整燃料流率控制燃料泵22，來控制系統(tǒng)操作。控制器54控制燃燒室20和后燃燒室24中的燃燒行為。
根據(jù)本發(fā)明，如圖3所示的惰性氣體發(fā)生裝置可以安放在像卡車之類的車輛上，來增加其機(jī)動(dòng)性。也就是說，惰性氣體發(fā)生裝置系統(tǒng)包括氣體渦輪機(jī)10，后燃燒室24，蒸發(fā)器42，排空噴嘴52以及其它的可以安放在汽車上的裝置，例如，載重5噸的卡車。實(shí)際中十分必要在車輛當(dāng)中安裝起重機(jī)56，來控制惰性氣體發(fā)生裝置，使其能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)和俯仰角操作。為了控制惰性氣體的注入角度很有必要安裝水壓缸58。車輛中安置了合適體積的水箱38，在里面有水泵36給噴嘴34(圖1)提供冷卻水。同樣，車輛中安放燃料箱22，給燃燒器20和后燃燒器24提供燃料。系統(tǒng)中還安裝了懸臂系統(tǒng)60，用于控制排空噴嘴的距離。
對(duì)于本發(fā)明，惰性氣體發(fā)生裝置的工作原理會(huì)在下面進(jìn)行詳盡的闡述。
例如，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，操作員或者救火員通過控制器54啟動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)12，因此氣體渦輪機(jī)10中的渦輪18能釋放足夠的能量，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)14以及其它輔助設(shè)備。一旦渦輪18獲得能自維持的足夠高的速度，啟動(dòng)電機(jī)12會(huì)停止向渦輪18提供能量并與其分離。
當(dāng)壓縮機(jī)14開始操作，在壓力損失最小的情況下，通過空氣吸入器16吸入空氣。當(dāng)空氣通過壓縮機(jī)14時(shí)被加壓加溫。一部分壓縮氣體會(huì)旁路通過壓縮機(jī)20和渦輪18，通過放空閥32進(jìn)入后燃燒室24。其余的壓縮空氣會(huì)在燃燒器20中，在從燃料泵22獲得的燃料下燃燒。通過這種方法，壓縮氣體會(huì)轉(zhuǎn)變成為燃燒產(chǎn)物，并在燃燒過程中消耗大量的氧氣。空氣中氧氣的消耗量與燃燒器20的進(jìn)出口溫度有關(guān)。燃燒器20的進(jìn)口溫度越低或出口溫度越高，氣體中所剩余的氧氣量就越少。
當(dāng)來自燃燒室20的氣體通過渦輪18時(shí)，氣體膨脹，氣體動(dòng)能和熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。因而，渦輪18釋放部分能量驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)14和其它的輔助元件。從渦輪18中流出的空氣進(jìn)入后燃燒室24進(jìn)行進(jìn)一步燃燒。在這種持續(xù)燃燒過程中，空氣轉(zhuǎn)化成為用于滅火的低氧含量的惰性氣體。例如，從后燃燒室24中流出的空氣中的氧氣含量少于10％。此時(shí)在燃燒室中的氣體溫度大約為1800k~2100k。
從后燃燒室24中出來的高溫氣體在通過后燃燒室的時(shí)候，會(huì)被從噴嘴34噴出的冷卻水冷卻。這時(shí)高溫氣體與從噴嘴34噴出的冷卻水混合，得到氣液混合體。氣-液混合體的溫度會(huì)在通過蒸發(fā)器42的時(shí)候進(jìn)一步降低。如圖2所示，例如，通過位于蒸發(fā)器42中的柱狀管道46的氣液混合體的溫度，只需在少于10tons/h的水量下，就會(huì)降低到100℃~150℃的范圍內(nèi)。已降溫的氣液混合體會(huì)通過放空噴嘴52噴出用于滅火。這時(shí)，很有必要將位于放空噴嘴52出口處的氣體或者氣液混合體(包含部分水珠)的溫度控制在100℃~150℃范圍內(nèi)。
如圖3所示的將氣體發(fā)生裝置安裝在車輛上的情況，惰性氣體的噴射角度可以通過起重機(jī)系統(tǒng)控制。例如，操作者通過控制安放在車輛上的起重機(jī)56，可以確定從惰性氣體發(fā)生裝置中出來的惰性氣體的噴出方向。換句話說，通過控制司機(jī)室中的控制器就可以控制用于支撐惰性氣體發(fā)生裝置框架的水壓缸58，操作者可以控制箭頭A1方向上的惰性氣體的噴射方向。同樣，通過控制懸臂系統(tǒng)60，來調(diào)整噴嘴52，控制箭頭A2的方向上的惰性氣體的噴出距離?？梢岳脝为?dú)的電池的能量或者從行進(jìn)中的汽車引擎中獲得的能量驅(qū)動(dòng)進(jìn)水泵36或者燃料泵22等裝置。工業(yè)實(shí)用性上面提到的發(fā)明中，滅火性能的適用性和可信性可以通過迅速的將大量的由惰性氣體發(fā)生裝置得到的溫度在100℃~150℃范圍內(nèi)，氧含量低于10％的惰性氣體噴射在像大型建筑、居民住宅區(qū)以及由戰(zhàn)爭(zhēng)引起的船上和山上的火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)過程中得到提高。
并且，制造相關(guān)壓縮氣體的費(fèi)用要比其它使用空氣和水作為初相材料的方法低，并且由于排出氣體中含有盡可能少的有毒物質(zhì)，因此這種滅火方式對(duì)環(huán)境無害。
另外，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于滅火過程中使用的是氣液混合物而不是水，這樣可以將安放在設(shè)備中的貴重電子儀器的損傷降到最小。
在對(duì)發(fā)明的具體表征做出明確說明后，很顯然，所有的基于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)以及細(xì)節(jié)上的各種改變都是與本發(fā)明的主要思想以及
權(quán)利要求
1.一種用于滅火的惰性氣體發(fā)生裝置，包括一臺(tái)氣體渦輪機(jī)，包括用于驅(qū)動(dòng)氣體渦輪機(jī)的啟動(dòng)電機(jī)，一臺(tái)壓縮機(jī)，與上述啟動(dòng)電機(jī)相聯(lián)接，一個(gè)燃燒室，與燃料泵連接以燃燒上述壓縮機(jī)中的氣體，以及一個(gè)渦輪，安裝在燃燒室出口，用于提供膨脹能量；一個(gè)后燃燒室，聯(lián)接在渦輪出口處，通過放空閥與壓縮機(jī)相連，將來自壓縮機(jī)的空氣進(jìn)行燃料霧化以及對(duì)空氣進(jìn)行二次燃燒，一旦在燃燒室中燃燒，通過渦輪提供燃燒空氣，并且燃燒室中還存在穩(wěn)定二次燃燒火焰的火焰穩(wěn)定劑；一個(gè)冷卻室，包圍在后燃燒室周圍，用于移走后燃燒室的燃燒熱量，并通過噴嘴將水噴入燃燒氣體中以降低氣體溫度；一臺(tái)蒸發(fā)器，安裝在冷卻室的出口用于進(jìn)一步冷卻已經(jīng)被冷卻室和噴嘴冷卻的氣體；一個(gè)排空噴嘴，用于將上述蒸發(fā)器中已被冷卻的惰性氣體噴灑到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)；以及一臺(tái)控制器，用于控制啟動(dòng)電機(jī)，燃料泵，以及燃燒室和后燃燒室。
2.如權(quán)利要求1所述的惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于有一個(gè)水箱、一個(gè)水泵和一個(gè)給水閥門與噴嘴相聯(lián)接，以控制冷卻水的給水速率，從而控制最后排出氣中的氧氣含量。
3.如權(quán)利要求1所述的惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于蒸發(fā)器包括形成氣體傳輸通道的不同直徑的同軸圓柱體，并且每一個(gè)柱體都是由延徑向圓周面上的凸面和凹面組成，以增加上述柱體的熱量傳輸表面積。
4.如權(quán)利要求3所述的惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于一個(gè)排空閥安放在蒸發(fā)器底部，用于釋放用過的冷卻水。
5.如權(quán)利要求1所述的惰性氣體發(fā)生裝置，其特征在于排空噴嘴可以被收縮和拉長(zhǎng)，以適應(yīng)排出的惰性氣體與火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)間的距離。
6.如權(quán)利要求1所述的惰性氣體發(fā)生裝置，還包括一臺(tái)起重機(jī)，可以使惰性氣體發(fā)生裝置旋轉(zhuǎn)和俯仰；一個(gè)水壓缸，用于調(diào)整來自惰性氣體發(fā)生裝置的惰性氣體的噴出角度；和一個(gè)懸臂裝置，可以被收縮和拉長(zhǎng)，以調(diào)整上面所提到的惰性氣體發(fā)生裝置中的噴嘴長(zhǎng)度。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種在短時(shí)間內(nèi)制造大量惰性氣體的惰性氣體發(fā)生裝置。惰性氣體發(fā)生裝置包括一臺(tái)氣體渦輪機(jī)，由啟動(dòng)電機(jī)，壓縮機(jī)，燃燒室以及渦輪組成；一個(gè)后燃燒室，與氣體渦輪機(jī)的出口相聯(lián)接，安裝了火焰穩(wěn)定裝置，用于二次燃燒已經(jīng)在前燃燒室中燃燒過的氣體；一個(gè)安裝了噴嘴的冷卻室，用于噴水以降低燃燒室出口處的氣體溫度；一臺(tái)蒸發(fā)器，用于進(jìn)一步的冷卻從后燃燒室中出來的氣液混合體；一個(gè)冷卻室和一組噴嘴；一個(gè)放空噴嘴，用于控制低溫及低氧含量的惰性氣液混合體的噴出方向；一臺(tái)控制器，用于控制啟動(dòng)電機(jī)，燃料泵和燃燒室。惰性氣體發(fā)生裝置安置在可移動(dòng)的車輛上，以最小的消耗迅速滅掉各種場(chǎng)合下的火災(zāi)。
文檔編號(hào)A62C3/00GK1424928SQ00818641
公開日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月30日
發(fā)明者金秀龍, 林藝勛, 柳一洙, 奧列格·F·穆拉夫欽科 申請(qǐng)人:韓國(guó)機(jī)械研究院, 謝伊夫欽科發(fā)展公司